این کتاب به‌منظور ارائۀ اطلاعاتی مشخص در مورد ویژگی‌های ساختاری و کاربردهای صنعتی مختلف لیگنین تألیف شده است. لیگنین بیوپلیمری شناخته‌شده در سطح زمین است که هنوز به میزانی اندک از آن استفاده می­شود و به‌خوبی کشف نشده است. پیچیدگی‌های ساختار مولکولی و خواص و حلالیت ضعیف لیگنین، چالش‌هایی برای استفاده از لیگنین در مقیاس صنعتی است.

علاوه بر این، یکی از محصولات جانبی دو صنعت عمدۀ بیوتانول و واحدهای تولید کاغذ/پالپ محسوب می‌شود. در کشورهای آمریکای شمالی و اروپا، تولید بیش‌ازحد لیگنین در این صنایع، لیگنین را به یکی از آلاینده­های محیط‌زیست تبدیل کرده است. بنابراین، یافتن روش‌های ممکن برای به حداقل رساندن تولید یا استفادۀ بیشتر از آن برای تبدیل لینگین به محصولاتی با ارزش افزوده بسیار ضروری است. از این رو، کتاب حاضر با این هدف نگاشته شده است که بتوان از لیگنین به‌مثابۀ مادۀ اولیه­ای قدرتمند برای سنتز محصولات مختلف با ارزش تجاری استفاده کرد.

این کتاب در مورد منابع، تکنیک‌های منشأ فراوری لیگنین، ساختار، ویژگی‌های فیزیکی-شیمیایی و کاربردهای مختلف در صنایع کشاورزی، غذا، داروسازی و فن‌آوری نانو اطلاعاتی مفصل ارائه می‌دهد. امیدواریم اطلاعات ارائه‌شده در فصولی که پژوهشگران مختلف و باتجربه نگاشته­اند برای پژوهشگران، صنعتگران و دانشجویان جوانی که در زمینۀ استفاده از زیست‌توده، تولید سوخت‌های زیستی و مدیریت پسماند کار می‌کنند مفید باشد.

در این کتاب، فصولی را جمع‌آوری کرده­ایم که دانشگاهیان و دانشمندان باتجربه در زمینۀ محصولات زیست‌پایه و شیمی سبز نوشته ­اند. دلیل اساسی تدوین این کتاب ارائه­ی اطلاعاتی مهم در مورد موضوعات مختلف در زمینۀ لیگنین در یک بستر است. تدوین­گران علاقۀ زیادی به تبدیل لیگنین و استفاده از آن دارند که آن‌ها را به تدوین و تهیۀ این کتاب در دامنۀ عمومی ترغیب کرده است. نیازی نیست ساعت‌های زیادی برای جمع‌آوری اطلاعات در مورد موضوعی خاص صرف کنیم و از مقاله‌های پژوهشی تازه منتشرشده و داده‌های قدیمی که گاه با یکدیگر متناقض­اند، متحیر شویم.

ما در این کتاب، مطالب موجود در مورد تمام موضوعات مربوط به لیگنین را ذکر کرده­ایم که عامل محرک گروه‌های پژوهشی مختلف است. فصل «مقدمه‌ای بر لیگنین به‌مثابۀ بیوپلیمر قوی صنعتی» مشخصات اولیه و ویژگی‌های لیگنین را توصیف می‌کند. فصل «ساختار و ویژگی‌های لیگنین» شرح مفصلی از ساختار و ویژگی‌های لیگنین ارائه داده است. در ادامه، فصل‌های «سنتز و تجزیۀ لیگنین» و «تجزیه‌وتحلیل لیگنین با استفاده از روش‌های کمی و کیفی» با سنتز و تخریب لیگنین و تجزیه‌وتحلیل آن با استفاده از روش‌های کیفی و کمی سروکار دارند. در فصل «اصلاح شیمیایی لیگنین توسط پلیمریزاسیون و دپلیمریزاسیون» بر اصلاح شیمیایی لیگنین توسط پلیمریزاسیون و دپلیمریزاسیون تأکید شده است. همچنین، فصل‌های «لیگنین و ترکیبات آن» و «سنتز ریز و نانوذرات لیگنین» اطلاعاتی کامل در مورد کامپوزیت‌های لیگنین و سنتز نانوذرات از لیگنین ارائه می‌دهند.

در فصل‌های «سنتز و کاربردهای هیدروژل‌های مشتق­شده از لیگنین» و «کامپوزیت‌های لیگنین برای کاربردهای پزشکی: وضعیت، چالش‌ها و چشم‌اندازها» کاربرد لیگنین در سنتز هیدروژل با اهمیت دارویی و کاربردهای مختلف زیست-پزشکی کامپوزیت‌های لیگنین توصیف شده است. فصل «کاربردهای لیگنین در صنایع غذایی و زراعی » در مورد کاربرد لیگنین در صنایع کشاورزی و غذایی اطلاعاتی مهم ارائه می‌دهد.

پیشگفتار. 15

فصل 1

لیگنین به‌مثابۀ بیوپلیمر صنعتی قوی: مقدمه

چکیده. 17

1- مقدمه. 17

2- منابع و ساختار لیگنین.. 19

2- 1- منابع اصلی لیگنین.. 19

2-2- ترکیب ساختاری لیگنین.. 20

3- استخراج لیگنین از انواع مختلف زیست‌توده. 22

3- 1- روش‌های بیولوژیکی یا آنزیمی.. 22

3- 2- روش‌های شیمیایی.. 23

3-3- روش‌های فیزیکی.. 24

3-4- فرایندهای متفرقه استخراج و تبدیل لیگنین.. 24

4- چالش‌های تبدیل لیگنین.. 25

5- محصولات دارای اهمیت صنعتی از لیگنین.. 26

5- 1- فوم‌های پایه لیگنین.. 26

5- 2- رزین‌های اپوکسی از لیگنین.. 27

5- 3- اترهای مبتنی بر لیگنین.. 27

5- 4- استرهای مبتنی بر لیگنین.. 27

5-5- رنگ‌ها و پوشش‌های مبتنی بر لیگنین.. 28

6- نتیجه‌گیری.. 29

منابع. 29

فصل 2

ساختار و ویژگی‌های لیگنین

چکیده. 37

1- مقدمه. 38

2- ویژگی ساختاری لیگنین.. 43

2- 1- مونولیگنول/واحدها 43

2- 2- ارتباطات میان واحدی.. 48

2- 3- کمپلکس لیگنین-کربوهیدرات (LCC). 50

2- 4- رادیکال‌های مونولیگنول.. 51

2-5- بیوسنتز لیگنین.. 53

2-5-1- مسیر شیکیمات... 54

2-5-2- مسیر فنیل پروپانوئید.. 55

2- 5- 3- مسیر خاص برای مونولیگنولها 56

2- 5- 4- لیگنیفیکاسیون از مونولیگنولها 57

2- 6- سنجش‌های محاسباتی.. 57

2- 7- مدل‌های ساختاری لیگنین.. 59

2-8- طبقه‌بندی لیگنین ها 61

3- ویژگی فیزیکی-شیمیایی لیگنین.. 61

3- 1- مقادیر گرمایش... 61

3- 2- وزن مولکولی و چندپراکندگی.. 61

3- 3- ویژگیهای حرارتی.. 63

3- 4- حلالیت.. 64

3- 5- تراکم نسبی.. 64

3- 6- رنگ... 65

3- 7- گروه‌های عملکردی.. 65

3- 8- واکنش‌های شیمیایی.. 66

4- فن‌آوری د‌پلیمیراسیون و ایزولاسیون.. 67

4- 1-  لیگنین براون.. 68

4- 2- لیگنین چوب آسیاب شده (MWL). 68

4- 2- لیگنین سودا (لیگنین قلیایی). 69

4-4-کرافت لیگنین.. 69

4- 5- سولفیت لیگنین (لیگنوسولفوناتها). 70

4- 6- لیگنین ارگانوسولو. 70

4- 7- لیگنین کلاسون.. 71

4- 8- لیگنین هیدرولیتیک... 71

4- 9- لیگنین اسیدولیز. 72

4- 10 - لیگنین آنزیم سلولز (CEL). 72

4- 11- لیگنین آنزیمی اسیدولیز ضعیف (EMAL). 72

4- 12- لیگنین پیرولیتیک... 73

4- 13- لیگنین انفجار بخار (SEL). 73

4- 14- استخراج مایع یونی.. 74

4- 15- مشتقسازی به دنبال تجزیه تقلیلدهنده (DFRC). 74

5- استراتژی‌های ابزاری.. 75

5- 1- تجزیه‌وتحلیل مقدماتی.. 75

5- 2- روش‌های اسپکتروسکوپیک (طیف‌سنجی). 76

5- 2- 1- طیف‌سنجی UV.. 76

5- 2- 2-  طیف‌سنجی IR.. 77

5- 2- 3- طیف‌سنجی رامان.. 79

5- 2- 4- طیف‌سنجی NMR.. 79

¹H NMR.. 80

5-2-5- تکنیک‌های کروماتوگرافی (طیف‌سنجی). 86

5- 2- 6- طیف‌سنجی‌جرمی (MS). 90

5- 2- 7- XPS. 91

5- 2- 8- SEM، TEM و AFM... 92

6- خلاصه و چشم‌اندازها 93

منابع. 95

فصل3

سنتز و تخریب لیگنین

چکیده. 119

1-مقدمه. 119

2- بیوسنتز لیگنین.. 121

2- 1- سنتز واحدهای مونومری لیگنین.. 123

2- 1- 1- مسیر کلاسیک/متعارف برای بیوسنتز لیگنین.. 123

2- 1- 2- مسیرهای جایگزین برای سنتز لیگنین.. 124

2- 1- 3- مسیر C-Lignin. 125

2-2- گلیکوزیلاسیون مونولیگنول ذخیره‌سازی و حمل‌ونقل آن‌ها 125

2- 3- پلیمریزاسیون اکسیداتیو. 126

3- تخریب لیگنین.. 128

3- 1- آنزیم‌های اصلاح‌کننده لیگنین.. 130

3- 1- 1- اکسیژناز دیآریل پروپان (EC: 1.11.1.14). 130

3- 1- 2- Mn (II): اکسیدوروکتازهیدروژن-پراکسید (EC 1.11.1.13). 132

3- 1- 3- پراکسیداز چند ظرفیتی (EC 1.11.1.16). 134

3- 1- 4- پی- دی فنل اکسیداز (E.C. 1.10.3.2). 135

3- 1- 5- پراکسیداز رنگ‌زدایی کننده (DyP؛ EC 1.11.1.19). 136

3- 2- آنزیم‌های مکمل برای تجزیه لیگنین (LDE). 137

3- 2- 1- هالوپراکسیدازهای هِم-تیولات... 137

3- 2- 2- اکسیداز اتاندیال (EC 1.2.3.5). 142

3- 2- 3- وراتریل الکل اکسیداز (EC 1.1.3.7). 143

3- 2- 4- گلوکز دهیدروژنازهای وابسته به FAD(FADGDHs / GDH؛ EC 1.1.99.10). 144

3- 2- 5- گلوکز 2-اکسیداز (EC 1.1.3.10). 145

3-2-6- اکسیدورودکتاز سلوبیوز (CDH-EC 1.1.99.18). 146

4- مسیر آینده. 148

منابع. 149

فصل 4

تجزیه‌وتحلیل لیگنین با استفاده از روش‌های کمی و کیفی

چکیده. 163

1-مقدمه. 163

1- 1- لیگنین.. 164

1- 2- نقش زیست‌شناختی و اهمیت تجاری.. 165

1- 2- 1- تأثیر بر رشد و نمو گیاه. 165

1- 2- 2- سازگاری و مقاومت تنش.... 166

2- تجزیه‌وتحلیل لیگنین.. 168

2-1- روش‌های کیفی تجزیه‌وتحلیل لیگنین.. 169

2- 1- 1- رنگ‌آمیزی و میکروسکوپی.. 169

2- 1- 1- میکروسکوپی ماورای بنفش و میکروسکوپکتروسکوپی.. 174

2- 1- 3-  تشخیص ایمونوسیتوشیمیایی.. 174

2- 2- روش کمی تجزیه‌وتحلیل لیگنین.. 175

2- 2- 1- برآورد لیگنین نامحلول.. 175

2- 2- 2- برآورد لیگنین محلول.. 176

2- 3- چالش و توسعۀ آینده. 182

3- نتیجه‌گیری.. 184

منابع. 185

فصل 5

اصلاح شیمیایی لیگنین با پلیمریزاسیون و دپلیمریزاسیون

چکیده. 191

1-مقدمه. 191

2- پلیمریزاسیون لیگنین.. 193

2- 1- روش‌های سنتز سایت‌های واکنش‌دهندۀ جدید در ساختار لیگنین.. 194

2- 1- 1- سولفومتیلاسیون و سولفوناسیون لیگنین.. 194

2- 1- 2- نیتراسیون لیگنین.. 195

2- 1- 3- آمیناسیون لیگنین.. 196

2- 1- 4-  آلکیلاسیون/دیآلکیلاسیون.. 197

2- 1- 5- هیدروکسی آلکیلاسیون.. 198

2- 2- اصلاح گروه‌های هیدروکسیل لیگنین.. 200

2- 2- 1- استریسازی.. 200

2- 2- 2- فنلاسیون.. 202

2- 2- 3- اترسازی.. 203

2- 2- 4- یورتانیزاسیون.. 204

2- 3- پلیمرهای مبتنی بر لیگنین.. 204

2- 3- 1- پلی‌استرها 205

2- 3- 2- رزین‌های فنلی.. 206

2- 3- 3- رزین‌های اپوکسید.. 207

2- 3- 4- پلییورتان ها 208

3- دپلیمریزاسیون لیگنین.. 210

3- 1- دپلیمریزاسیون توسط فراورش شیمیایی.. 212

3- 1- 1- مایع یونی.. 212

3- 1- 2- اکسیداسیون.. 214

3- 1- 3- کاتالیزشده با باز. 216

3- 1- 4- کاتالیزشده با اسید.. 217

3-2- دپلیمریزاسیون توسط فرآیند ترموشیمیایی.. 218

3- 2- 1- پیرولیز. 218

3- 2- 2- گازی‌سازی.. 220

3 -2 -3- سولوسیس‌ها (حلال‌ها). 221

3 -2- 4- تبدیل به کمک مایکروویو. 222

3- 3-دپلیمریزاسیون توسط تبدیلات بیولوژیکی.. 225

3- 3- 1- قارچ‌ها 225

3- 3- 2- باکتری‌ها 226

4- نتیجه‌گیری.. 227

منابع. 229

فصل 6

لیگنین و ترکیبات آن

چکیده. 243

1- مقدمه. 243

2- لیگنین در ترکیبات ترموپلاستیک... 244

2- 1- کامپوزیت‌های پلی‌اتیلن/لیگنین.. 244

2- 2- کامپوزیت‌های پلی‌پروپیلن/لیگنین.. 247

2- 3- ترکیبات اسید پلی لاکتیک/لیگنین.. 250

3- لیگنین در کامپوزیت‌های ترموست.. 254

3- 1- کامپوزیت‌های پلی‌اورتان/لیگنین.. 254

3- 2- ترکیبات اپوکسی / لیگنین.. 257

4. نتیجه‌گیری.. 264

منابع. 264

فصل 7

پیشرفت در استراتژی‌های مبتنی بر فنآوری نانو برای سنتز نانوذرات لیگنین

چکیده. 269

1-مقدمه. 269

2- تکنیک‌هایی برای سنتز ساختارهای ریز و نانو لیگنین.. 273

2- 1- فرایندهای مکانیکی.. 274

2- 2- روش تغییر حلال.. 275

2- 3- تکنیک تغییر pH.. 275

2- 4- روش سنتز مبتنی بر الگو. 276

2- 5-روش خودآرایی ناشی از جداسازی یخ.. 278

2-6-فرایند آئروسل.. 279

2- 7- روش الکتروپینینگ... 279

2- 8- فرایندهای سیالات فوق بحرانی.. 281

2- 9- بارش ضد انحلال حلال.. 283

2- 10- آماده‌سازی نانوذرات کمکی صوتی.. 285

3- نتیجه‌گیری و دیدگاه‌های آتی.. 287

منابع. 288

فصل 8

سنتز و کاربردهای هیدروژل‌های مشتق‌شده از لیگنین

چکیده. 301

1- مقدمه. 301

2- لیگنین به‌عنوان مادهای بالقوه برای توسعۀ هیدروژل.. 302

3- روش مصنوعی برای هیدروژل‌های مشتق‌شده از لیگنین.. 304

3- 1- روش اتصال متقابل.. 304

3- 2- روش ATRP و RAFT. 305

3-3- روش کوپلیمریزاسیون.. 306

3- 4- روش اولتراسونیکاسیون.. 306

3- 5- روش هیدروترمال.. 306

3- 6- روش ریسندگی مرطوب.. 307

4- کاربرد هیدروژل‌های مشتق‌شده از لیگنین.. 309

4- 1- عوامل درمانی.. 309

4- 2- چسب‌ها 312

4- 3- جاذب‌ها 314

4-4- میکروفیبرهای کربنی رسانا 316

4- 5- فرا خازن‌ها 317

4- 6- مواد انتشار پایدار. 318

4- 7- حسگرهای زیستی.. 318

4-8 - بی‌حرکتی آنزیم. 319

5- نتیجه‌گیری.. 319

منابع. 320

فصل 9

کامپوزیت‌های لیگنین برای کاربردهای زیست پزشکی: وضعیت، چالش‌ها و چشم­اندازها

چکیده. 327

1-مقدمه. 328

2- ویژگی‌های برجسته لیگنین برای کاربردهای پزشکی.. 330

3- کاربرد زیست پزشکی کامپوزیت‌های لیگنین.. 331

3-1- کامپوزیت‌های لیگنین با فعالیت بیولوژیکی.. 332

3-1-1- فعالیت آنتی‌اکسیدانی.. 332

3-1-2-فعالیت ضد میکروبی.. 335

3-2- کامپوزیت‌های لیگنین برای کاربردهای بهبود زخم. 338

3-3- کامپوزیت‌های لیگنین برای کاربردهای مهندسی بافت.. 340

3-4- کامپوزیت‌های لیگنین برای سیستم‌های تحویل دارو. 343

4- چالش‌ها و چشم‌اندازهای آینده. 345

5-نتیجه‌گیری.. 345

منابع. 346

فصل 10

کاربردهای لیگنین در صنایع غذایی و زراعی

چکیده. 353

1-مقدمه: لیگنین - آن‌ها چه چیز هستند؟. 354

2-ساختار لیگنین، مشتقات و تغییرات آن.. 356

3- کاربردهای مشخص شده لیگنین.. 359

4- فعالیت بیولوژیکی و پتانسیل درمانی.. 363

4-1- فعالیت آنتی‌اکسیدانی.. 363

4-2- اثرات ضد میکروبی.. 366

4-3- فعالیت ضد سرطان / ضد تومور. 368

4-4- ضد انعقاد، ضد آمفیزم، ضد دیابت و ضد چاقی.. 369

5-نتیجه‌گیری و چشم‌انداز آینده. 370

منابع   371