Лигнин: свойства, применение, инструкция

Лигнин – это сложное полиароматическое вещество органического происхождения, которое накапливают растения. Наряду с целлюлозой оно составляет растительные клеточные стенки, утолщает и укрепляет их, препятствует проникновению внутрь воды и нарушению осмотического равновесия. Основные сферы использованиянин лигнина: химия, топливная промышленность, фармацевтика. Это качественный сорбент, биологическая добавка в пище, улучшающая пищеварение, усиливающая иммунный ответ.

Что такое лигнин

Лигнин представляет собой полимерную смесь циклических соединений, связанных с целлюлозными нитями и полисахаридами посредством различных химических связей:

• сложноэфирной через кислород и алкильную группировку;
• гликозидной через остатки сахаров;
• бензилэфирной (простой эфирной) через бензиловые эфиры.

Лигнин состоит из фенилпропановых единиц, образованных от фенилпропаноидов – производные аминокислоты фенилаланина, бензольного кольца и неразветвленной алифатической цепи из четырёх углеродов. Он представлен гваяцилпропановыми (гваякол из класса фенолов), сирингилпропановыми (в основе – сирингол) либо гидроксифенилпропановыми элементами.

В зависимости от видовой принадлежности растения концентрация лигниновых компонентов меняется. Хвоя содержит порядка 50%, злаковые – 20%, цветковые растения и кустарники около 24%. Впервые они были выделены швейцарским ботаником Огюстеном Пирамом Декандолем из коры, за что и получили название (lignum в переводе с латинского – древесина).

В растительном организме лигнин биосинтезируется в ходе гликолизирования из 2-​амино-​3-​фенилпропановой кислоты, после чего полимеризуется и выполняет ряд важных функций:

1. Повышение механической прочности тканей.
2. Обеспечивает стабильную концентрацию минералов в плазме и содержание сока в вакуолях, поскольку не пропускает лишние растворы.
3. Поддержания вертикального положения побегов при неблагоприятном воздействии ветра.
4. Улучшение заживления повреждений при попадании в них патогенных микроорганизмов за счёт стягивания раны.

На сегодняшний день учёные выделили специальный гидролизный лигнин, который входит в состав лекарственных препаратов и оказывает положительное влияние на здоровье.

Виды

Физические свойства, внешний вид

Гидролизный лигнин – это порошок из аморфных мелких крупинок без вкуса с характерным древесным запахом. Цветовая гамма от светло-кремового до тёмно-коричневого цвета. Плотность невысока – 1,25 г/см³. При нормальных условиях в сухом состоянии способен самовоспламеняться, точка воспламенения лежит в температурном диапазоне 195-425 °С, тлеет при 185 °С. Распылённый аэрозоль крайне пожароопасен.

Протолигниновые разновидности не растворятся в неполярных растворителях, с трудом экстрагируются с помощью этанола, растворимость улучшается при тщательном измельчении мельницами. Лучше смешиваются с 1,4-​диоксациклогексаном, толуолом при внесении хлороводорода, не растворяются в воде в связи с гидрофобностью – способностью отталкивать молекулы H₂O за счёт низкой диэлектрической проницаемости.

Лигнин устойчив к разложению, биодеградация идёт медленно. Большую роль в расщеплении этого полимера играют грибки, влияющие на окислительно-восстановительный потенциал звеньев. Наибольшую активность показывают базидиальные грибы белой гнили, в особенности Фанерохета (Phanerochaete chrysosporium). Для разрушения они используют специфические лигнинолитические ферменты (гемовые, марганцевые пероксидазы). Внутриклеточная утилизация практически недоступна. Некоторые бактерии способны разлагать его посредством лакказ – медьсодержащих оксидаз.

Химические свойства, формула

Лигнин нельзя описать определённой химической формулой и выделить рациональное расположение функциональных группировок в структуре за счёт большой гетерогенности и наличия вариаций.

Различают макромолекулярные взаимодействия, протекающие с изменением структурного строения; реакции мономерных звеньев, в результате которых меняется количество атомов, неизменной остаётся пространственное расположение. Низкомолекулярные взаимодействия:

• по функциональным группам;
• по бензольному концу;
• внутримолекулярные превращения идут в мягких условиях, приводит к выделению активных промежуточных частиц.

К макромолекулярным изменениям относится деструкция, происходящая при разрыве соединённых между собой элементов. Продуктом процесса является фрагментированная гидролизная сетка из разветвлённых макромолекул. Он может протекать сольволизом, при этом сразу начинается обратное, конкурирующее реагирование – «сшивание». Оно выражается в формировании новых углерод-углеродных сцеплений, в конденсации.

После обрабатывания водородом при повышенной температуре с добавлением катализаторов происходит гидрогенолиз – деструктивное гидрирование, образуются циклоалканы, пропилциклогексан.

Другие типы разложения:

• термическое – пиролиз;
• биологическое – ферментативное, осуществляется грибами, прокариотами, насекомыми;
• механическое – при диспергировании измельчителями;
• фотохимическое – в результате воздействия ультрафиолетового излучения.

Приливание к сухому лигнину минеральных жидкостей запускает фрагментацию. В кислой среде – образование внутриструктурных конденсированных ароматических комплексов. Гидролизная масса после пропускания азота нитруется и окисляется, выделяется нитрофенол.

К сильным окислителям неустойчив и хлорируется, возрастает количество внутри ортохинонов, водородные атомы боковых цепей заменяются на хлор. Фенолирование в присутствии кислых феноллигнинов приводит к выпадению в осадок лигнинформальдегидных олигомеров. Окисление нитробензолами даёт альдегиды, ванилин.

Производство и получение

В лабораторных условиях лигнин получают экстрагирования. Выход небольшой, порядка 50-70%, что не подходит для массового выпуска. В промышленности добыча ведётся на целлюлозно-бумажных комбинатах, данное вещество является побочным сырьём. При изготовлении бумаги оно подлежит удалению, поскольку ухудшает устойчивость к разрыванию, придаёт жёлтый оттенок, повышает хрупкость. Однако т.к. область применения лигнина включает медицину, как действующий компонент препаратов лигнин грубо очищенный не подходит. Организуются обособленные предприятия, занимающиеся получением лигнина. Технология включает несколько этапов:

1. Исходно сырьё – древесный материал очищается от посторонних примесей, промывается под давлением. Дерево напитывается влагой, после чего отправляется в фильтр-пресс.
2. Под действием пресса выжимается жидкость, по паллетам масса поступает в сушильный тоннель, заполненный дымовыми газами и агентами сушки с атмосферным воздухом, высушивается при температуре 140 °С.
3. Продукция обдувается вентилятором, оснащённым дымососом, затем доставляется в установку грануляции, где измельчается и упаковывается.

Гранулы транспортируются на продажу либо размалываются в порошок для более удобной фасовки. Несмотря на тщательную обработку, вещество остаётся плохо растворимым, его нередко модифицируют до водорастворимого. Для этого его растворяют в щёлочи при подогреве до 25 °С, настаивают, а затем фильтруют. Источником служит рябина, лиственница, овёс, пшеница, овсяница.

Применение

Применение лигнина распространяется преимущественно на фармацевтическую индустрию. На его основе создают лекарства, поглощающие токсины. Они назначаются при отправлениях, острых интоксикациях, хронических заболеваниях. В сфере производства продуктов питания вещество служит альтернативой пищевым волокнам, стимулирует моторную функцию ЖКТ. Это котельное и брикетное топливо, необходимое для синтеза активированного угля, выработки нитролигнина.

Сферы применения лигнина

В медицине и пищевой промышленности

Лигнин – это сорбент, сорбирующие свойства обусловлены наличием полостей, в которые проникают ксенобиотики. Благодаря водоотталкиванию обеспечивается химическая инертность, попадая внутрь, вещество не разлагается и не всасывается в кровь, проходя по желудочно-кишечному тракту и выделяясь в исходном виде. Оно связывает эндо- и экзотоксины, ядовитые метаболиты (мочевина, билирубин), способствует очищению, облегчает боли и спазмы.

Препараты этой фармакотерапевтической группы оказывают комплексное влияние при интоксикациях различной этиологии. Они обезвреживают аллергены, соли металлов, алкоголь и его метаболиты (уксусный альдегид). Гидролизный лигнин проявляет несколько фармакологических эффектов:

• антидиарейный – играет роль связующего элемента, адсорбирует влагу, нормализует отхождение каловых масс;
• антиоксидантный – защищает от перекисных окислителей, УФ-излучения, предотвращая возникновение мутаций и раковых опухолей;
• дезинтоксикационный – снижение активности биологических ядов;
• гиполипидемический – понижает содержание липидов низкой плотность, предотвращает отложение холестериновых бляшек и истончение кровеносных сосудов;
• комплексообразующий – образование с ртутью, мышьяком, кадмием, висмутом, свинцом, сурьмой стабильных комплексов, выводящихся почками;
• поглощающее.

Сорбент лигнина выполняет функцию пребиотика. Овощи и фрукты, зерно содержат клетчатку, необходимую для нормального переваривания пищи. Однако при бедном рационе и несбалансированном питании возникает потребность в целлюлозных полисахаридах. Симптомы недостатка растительных волокон проявляются в нарушении работы кишечника, несварении, тошноте, периодических ноющих болях. Применение лигнина затронуло замену БАДов, он регулирует перистальтику, замедляет расщепление углеводов.

У человека отсутствуют целлюлолитические и лигнинолитические энзимы, он не может сбраживать клетчатку, однако бактерии, населяющие толстую кишку, способны сделать это. Часть расщеплённых соединений они поглощают, остальное попадает в плазму. Ферментация полезной микрофлорой увеличивает её численность. Симбиобиота положительно влияет на здоровье, т.к. выполняет следующие функции:

1. Продуцирует витамины, жирные кислоты, липосахариды, антибиотики.
2. Учувствует в метаболизме и водно-солевом обмене.
3. Поддерживают водородный показатель среды, что нужно для работы ферментных систем.
4. Увеличивают поверхность всасывания, утолщают ворсинки кишки.
5. Поддерживают иммунитет через колониальную резистентность.
6. Регулируют газы полостей.
7. Задействованы в биотрансформации и аккумуляции поступающей внутрь продукции.

Приём сорбента лигнина улучшает деятельность популяций микроорганизмов, что влечёт за собой подъём клеточного T-специфического иммунитета, обеспечение высокого качества жизни.

В химии и сельском хозяйства

При синтезе фенолформальдегидных смол, полимеров, древесно-стружечных плит используется сульфолигнин и гидролизованный лигнин. Гидрофобность позволила применять его для выпуска полиуретановых газонаполненных пен. Поглощающая способность применима для сбора разлившейся на водоёмах нефти, городских и заводных стоков.

Гидролизный вариант средства эксплуатируется как топливо для котельных агрегатов электростанций, технологических печей, газ для выработки энергии на газопоршневых газогенераторов. В лабораторном синтезе соединение – восстановитель, отдающий электроны кремнию.

В производстве стройматериалов технический лигнин – порообразователь, пластификатор, эмульгатор, облегчает кирпич без ухудшения крепости, поскольку его прочность на сжатие схода с бетоном. При создании керамических изделий он заменяет опилки и крошку. Используется как наполнитель для термопластичных декоративных и конструкционных материалов взамен пластмассы. Хорошо и долго держит форму, при этом легко перерабатывается и при попадании в окружающую среду разлагается. Вносится в состав лигнино-битумных растворов и асфальтобетоны.

В сельскохозяйственных отраслях ароматический полимер – гербицид, уничтожающий сорную растительность. Он также разрыхляет почву, стабилизирует её pH. Незаменим для формирования искусственных субстратов, органо-минеральных удобрений.

Препараты с лигнином

На фармацевтическом рынке представлен широкий выбор лекарств. Наиболее популярный и распространённый энтеросорбент – Полифепан. Лекарственная форма – порошок, который размешивают в воде. Действует в просвете пищеварительного тракта, уничтожая причину эндогенного токсикоза.

Фильтрум-СТИ помимо активного компонента включают тальк, поливинилпирролидон, стеарат кальция и диоксид кремния. Спрессован в таблетки, помимо типичного списка показаний рекомендован для профилактики хронических отравлений у работников, сталкивающихся с вредными отходами.

Таблетированный препарат Энтегнин-Н позиционируется как дополнительный источник клетчатки. Не является медикаментом, биологически активная добавка. Следует употреблять людям, имеющим несварение, нерегулярный стул, воспаления и тромбоз геморроидальных вен.

Инструкция по применению

Показания

Согласно инструкции лигнина, он назначается при появлении таких клинических состояний:

• отравление тяжёлыми металлами;
• дизентерия, холера, сальмонеллёз, другие инфекции;
• паразитарные инвазии;
• гнойно-воспалительные болезни;
• атеросклероз;
• ожирение;
• аллергия на лекарства или пищу;
• печеночная, почечная недостаточность;
• метеоризм;
• диспепсия.

Противопоказания и побочные эффекты

Средство противопоказано при индивидуальной непереносимости, которая проявляется в тошноте, рвоте, аллергических реакциях, крапивнице. Специалисты не рекомендуют назначать его при язве двенадцатиперстной кишки, атонических запорах, в период обострения атрофического гастрита с пониженной кислотностью. Нельзя принимать его при внутренних кровотечениях, т.к. частицы еще сильнее травмируют слизистую, вызывая ухудшение состояния.

В инструкции лигнина указывается, что нежелательные последствия появляются редко, среди них затруднённая дефекация, кожные высыпания, нарушения всасывания витаминов и кальция, диспепсические явления. При соблюдении рекомендация доктора и избегания передозировок отрицательного влияния на здоровье не наблюдается.

Способ применения и дозы

Для неотложной первой помощи при острых отравлениях следует принять 1 г/кг массы тела 3-4 раза в сутки. В инструкции лигнина сказано, что увеличение дозы зависит от тяжести случая. Для лечения интоксикаций употребляют 5-7 грамм в день 2-3 раза перед едой или во время еды. Сыпучие размешивают в жидкости, таблетки – запивают. Продолжительность терапии зависит от заболевания, возраста больного, сопутствующей симптоматики. Нельзя заниматься самолечением, перед использованием следует консультироваться с лечащим врачом. Приём лигнина с другими препаратами не запрещается, однако между ними должен быть временной промежуток. При одновременном применении лигнина с другими средствами возможно снижение эффективности.

Где купить и сколько стоит

Технический лигнин продаётся заводами-производителями оптом, цена 1 тонны от 1000 рублей. Гидролизный можно купить в аптеке, стоимость порошкового составляет от 66 до 370 рублей, таблеток – 147-434 руб.

Заключение

Лигнин – это органическое ароматическое вещество, смесь циклов, связанных через эфиры. Проявляет водоотталкивающий эффект в связи с неполярностью. Структура имеет поры, в которые попадают токсичные молекулы, поэтому активно применяется в медицине как сорбент. Стимулирует неспецифический иммунитет, обеспечивает нормальное пищеварение. В химической отрасли – реагент, пенонаполнитель, необходим для керамического и топливного производства. Полностью натурален и безопасен.

Читайте также:

• Антоцианы: свойства, польза и противопоказания, продукты, применение
• Каротиноиды: свойства, виды, роль и польза, применение
• Гуммиарабик (пищевая добавка E414)
• Фруктоза: описание и свойства, вред и польза