الكلمات المفتاحية الخاصة بالمكنز الزراعي (أجروفوك)

2024

Евстигнеев, Эдуард Иванович

В обзоре рассмотрены изменения представлений о биосинтезе, строении и функциях лигнина в растениях, начиная от ранних упоминаний и до настоящего времени. Представлены альтернативные точки зрения на процесс биосинтеза лигнина, его пространственную и надмолекулярную структуру, характер лигноуглеводных связей. Особое место в обзоре занимают результаты исследований лигнина с целью снижения его содержания и изменения состава мономерных звеньев методами генной инженерии. Сопоставление строения лигнинов, выделенных из трансгенных и мутантных деревьев, а также травянистых растений, показало, что биосинтез лигнина пластичен и в нем могут участвовать, помимо канонических монолигнолов (кониферилового, синапового и кумарового спиртов), и другие фенольные соединения. Исследование так называемых «стрессовых лигнинов» показало, что лигнин играет важную роль в защите растений от неблагоприятных воздействий окружающей среды: механических повреждений, засухи, низких температур, патогенов и др. Результаты исследований генной модификации лигнина позволили наметить программу направленной модификации процесса биосинтеза с целью получения дизайнерских лигнинов, т.е. лигнинов с заданными свойствами. В эту группу входят и так называемые zip-лигнины. Они отличаются наличием сложноэфирных связей междуфенилпропановыми единицами. Отмечается, что, проводя исследования в области генной инженерии, необходимо искать компромисс между улучшением перерабатываемости растительного сырья за счет модификации лигнина и жизнеспособностью трансгенных растений. | The review considers changes in ideas about the biosynthesis, structure and functions of lignin in plants, starting from early mentions and up to the present. Alternative points of view on the process of lignin biosynthesis, its spatial and supramolecular structure, and the nature of lignincarbohydrate bonds are presented. A special place in the review is occupied by the results of studies of lignin modification with the aim of reducing the content and changing the composition of monomer units by genetic engineering methods. Comparison of the structure of lignins isolated from transgenic and mutant trees, as well as herbaceous plants, showed that lignin biosynthesis is plastic and, in addition to canonical monolignols (coniferyl, synapic, and coumaric alcohols), other phenolic compounds can also participate in it. The study of the so-called "stress lignins" showed that lignin plays an important role in protecting plants from adverse environmental influences: mechanical damage, drought, low temperatures, pathogens, etc. The results of studies of the genetic modification of lignin made it possible to outline a program for directed modification of the biosynthesis process in order to obtain designer lignins, i.e. lignins with desired properties. This group also includes the so-called zip-lignins. They are distinguished by the presence of ester bonds between phenylpropane units. It is noted that, when conducting research in the field of genetic engineering, it is necessary to find a compromise between improving the processing of plant materials due to the modification of lignin and the viability of transgenic plants.

اظهر المزيد [+]

اقل [-]

Altai State University - Russian Federation

2024

Евстигнеев, Эдуард Иванович

В обзоре рассмотрены изменения представлений о биосинтезе, строении и функциях лигнина в растениях, начиная от ранних упоминаний и до настоящего времени. Представлены альтернативные точки зрения на процесс биосинтеза лигнина, его пространственную и надмолекулярную структуру, характер лигноуглеводных связей. Особое место в обзоре занимают результаты исследований лигнина с целью снижения его содержания и изменения состава мономерных звеньев методами генной инженерии. Сопоставление строения лигнинов, выделенных из трансгенных и мутантных деревьев, а также травянистых растений, показало, что биосинтез лигнина пластичен и в нем могут участвовать, помимо канонических монолигнолов (кониферилового, синапового и кумарового спиртов), и другие фенольные соединения. Исследование так называемых «стрессовых лигнинов» показало, что лигнин играет важную роль в защите растений от неблагоприятных воздействий окружающей среды: механических повреждений, засухи, низких температур, патогенов и др. Результаты исследований генной модификации лигнина позволили наметить программу направленной модификации процесса биосинтеза с целью получения дизайнерских лигнинов, т.е. лигнинов с заданными свойствами. В эту группу входят и так называемые zip-лигнины. Они отличаются наличием сложноэфирных связей междуфенилпропановыми единицами. Отмечается, что, проводя исследования в области генной инженерии, необходимо искать компромисс между улучшением перерабатываемости растительного сырья за счет модификации лигнина и жизнеспособностью трансгенных растений. | The review considers changes in ideas about the biosynthesis, structure and functions of lignin in plants, starting from early mentions and up to the present. Alternative points of view on the process of lignin biosynthesis, its spatial and supramolecular structure, and the nature of lignincarbohydrate bonds are presented. A special place in the review is occupied by the results of studies of lignin modification with the aim of reducing the content and changing the composition of monomer units by genetic engineering methods. Comparison of the structure of lignins isolated from transgenic and mutant trees, as well as herbaceous plants, showed that lignin biosynthesis is plastic and, in addition to canonical monolignols (coniferyl, synapic, and coumaric alcohols), other phenolic compounds can also participate in it. The study of the so-called "stress lignins" showed that lignin plays an important role in protecting plants from adverse environmental influences: mechanical damage, drought, low temperatures, pathogens, etc. The results of studies of the genetic modification of lignin made it possible to outline a program for directed modification of the biosynthesis process in order to obtain designer lignins, i.e. lignins with desired properties. This group also includes the so-called zip-lignins. They are distinguished by the presence of ester bonds between phenylpropane units. It is noted that, when conducting research in the field of genetic engineering, it is necessary to find a compromise between improving the processing of plant materials due to the modification of lignin and the viability of transgenic plants.

اظهر المزيد [+]

اقل [-]

Altai State University - Russian Federation

2023

Дубовый, Владимир Климентьевич | Демьянцева , Елена Юрьевна | Ковернинский, Иван Николаевич

Комплексная и глубокая переработка древесного сырья с получением продуктов, имеющих высокую добавленную стоимость при снижении количества отходов – одна из актуальных задач современной целлюлозно-бумажной промышленности. Поиск экономически выгодных, но при этом ресурсо-, энергосберегающих и экологически безопасных технологий переработки древесного сырья в современном мире становится важнейшим средством обеспечения устойчивого развития отрасли. Альтернативный инновационный способ производства волокнистых полуфабрикатов высокого выхода – получение экструзионной химико-термомеханической массы в результате низкотемпературной (90 °С) при атмосферном давлении щелочной делигнификации лиственных пород древесины. Щелок, полученный в процессе делигнификации, представляет сложный комплекс минеральных соединений и продуктов деструкции лигнина, полисахаридов, экстрактивных веществ и продуктов их превращений. Состав и свойства щелока являются важными факторами, которые оказывают существенное влияние на выход и качество продуктов переработки щелока и дальнейшей его утилизации. В данной работе полученный отработанный раствор после низкотемпературной щелочной делигнификации  древесины березы и осины анализируется по основным показателям, устанавливающим его физико-химическую характеристику: по плотности, общей щелочности, содержанию сухого остатка, в том числе его органической и неорганической части, лигнина, эфиро- и водорастворимых веществ. Результаты качественного и количественного анализа отработанных щелоков в зависимости от вида лиственной древесины показал высокую остаточную щелочность растворов с содержанием в них 3.85–5.37 масс.% сухих веществ и 0.2% взвешенных. | Complex and deep processing of wood raw materials to produce products with high added value while reducing the amount of waste is one of the urgent tasks of the modern pulp and paper industry. The search for economically profitable, but at the same time resource-, energy-saving and environmentally friendly technologies for processing wood raw materials in the modern world is becoming the most important means of ensuring the sustainable development of the industry. An alternative innovative method for the production of high-yield fibrous semi-finished products is the production of an extrusion chemical-thermomechanical mass as a result of low-temperature (90 °C) at atmospheric pressure alkaline delignification of hardwood. The liquor obtained in the process of delignification is a complex complex of mineral compounds and products of destruction of lignin, polysaccharides, extractives and products of their.

اظهر المزيد [+]

اقل [-]

Altai State University - Russian Federation

2023

Демиденко, Наталья Юрьевна | Баяндин, Михаил Андреевич | Намятов, Алексей Валерьевич | Ермолин, Владимир Николаевич

The work studied the effect of mechanical activation, hydrodynamically, on the physico-chemical properties of soft waste from mechanical processing of wood (sawdust). As a result of research, it has been established that during cavitation treatment, the chemical structure of sawdust is transformed, which ensures the production of hydrodynamically activated wood particles with a high content of reactive surface functional groups, which is caused by a change in the ligno-carbohydrate complex. It has been established that as a result of hydrodynamic activation, the amount of difficult-to-hydrolyze polysaccharides is reduced by 37%, while the proportions of easily hydrolyzable substances and substances of phenolic nature increase, respectively, by 12 and 25%. The transformation of the ligno-carbohydrate complex of wood particles during cavitation largely determines the change in the characteristics of their porous structure. An increase in the number of micropores by 1.5 times and large transport pores by 3 times during the cavitation process was established. The results obtained largely prove that the physical and chemical properties of hydrodynamically activated wood particles largely determine the possibility of obtaining non-toxic wood materials with high physical and mechanical properties without piezo-thermal effects. | В работе изучено влияние механоактивации гидродинамическим способом на физико-химические свойства мягких отходов механической обработки древесины (опилок). В результате исследований установлено, что при кавитационной обработке происходит трансформация химической структуры древесных опилок, что обеспечивает получение гидродинамически активированных древесных частиц с высоким содержанием реакционноспособных поверхностных функциональных групп, которое обусловлено изменением лигно-углеводного комплекса. Установлено, что в результате гидродинамической активации количество трудногидролизуемых полисахаридов снижается на 37%, при этом увеличиваются доли легкогидролизуемых веществ и веществ фенольной природы, соответственно, на 12 и 25%. Трансформация лигно-углеводного комплекса древесных частиц в процессе кавитации во многом предопределяет изменение характеристики их пористой структуры. Установлено увеличение количества микропор в 1.5 раза и больших транспортных пор в 3 раза в процессе кавитации. Полученные результаты во многом доказывают, что физико-химические свойства активированных гидродинамическим способом древесных частиц во многом определяют возможность получения нетоксичных древесных материалов с высокими физико-механическими свойствами без пьезотермических воздействий.

اظهر المزيد [+]

اقل [-]

Altai State University - Russian Federation

2023

Golubkov , Viktor A. | Tarabanko , Valery E. | Kaygorodov , Konstantin L. | Shestakov, Semen L. | Chelbina , Yulia V. | Smirnova, Marina A. | Popov, Arkady A. | Skripnikov, Andrey M. | Vigul, Dmitry O. | Borovkova, Valentina S.

Agrotechnical wastes from processing herbaceous plants consist of lignin and polysaccharides, which can be processed into monomers – phenols and carbohydrates. The prospects of chemical processing of several agrotechnical waste types with a high lignin content (flax shives, sunflower seed husks and buckwheat husks) into vanillin, pulp, and glucose by oxidation and acid hydrolysis were studied. It has been shown that despite the distant phylogenetic relationship of the studied plants, their lignins have a similar structure: they contain a similar amount of methoxyl groups (10–13 wt.% per lignin) and give close yields of aromatic aldehydes upon oxidation with nitrobenzene (17–19%) and oxygen (14–16%). In general, the suitability of agrotechnical wastes for oxidation to aromatic aldehydes determines by the lignin content. Among the studied wastes, flax shives are the most promising feedstock for chemical processing into vanillin and glucose. Cellulose-containing solid residues of oxidation process are more easily hydrolyzed compared to the initial lignocellulosic biomass. The inversion of glucose oligomers during the hydrolysis of cellulose with H2SO4 is limited by the hydrolysis of the tetra- and octamers.

اظهر المزيد [+]

اقل [-]

Altai State University - Russian Federation

2023

Кожевников, Александр Юрьевич | Шестаков, Семен Леонидович | Сыпалова, Юлия Александровна

In this article, we represented the review of literature data about the study of lignin as one of the most abundant biopolymers. The review is based on the articles published in the most quoted world publishing. It is noted that already nowadays the lignin is considered as a powerful renewable source of valuable organic raw materials, also it’s pointed that potential possibilities of lignin valorization are much wider than those are used in present times. The special attention is paid to the structure and molecular organization of birch lignin, which wood is actively utilized in chemical industry, meanwhile the hardwood lignins are less studied in literature than softwood lignins. The authors touched the most basic methods of research of such complex and irregular polymer as lignin, methods’ advantages, disadvantages and perspectives are analyzed. It is noted that nowadays the most effective methods of lignin structure units study are pyrolisys gas chromatography and nuclear magnetic resonance. The article describes various ways of lignins isolation from the wood, and influence of the isolation way on the structure of isolated substance. Also, the structural features of birch lignin and its differences from other species are shown. | В статье представлен обзор литературных данных по изучению лигнина как одного из наиболее распространенных биополимеров. Обзор составлен по статьям, опубликованным в наиболее цитируемых мировых изданиях. Отмечается, что уже на сегодняшний день лигнин рассматривается как мощный возобновляемый источник ценного органического сырья, при этом указывается, что потенциальные возможности валоризации лигнина гораздо шире, чем те, что используются в настоящее время. Особое внимание уделено структуре и молекулярной организации лигнина березы, чья древесина активно применяется в химической промышленности, при этом лигнинам лиственных пород в литературе уделяется гораздо меньшее внимание, чем лигнинам хвойных пород. Затронуты основные методы исследования структуры такого сложного и нерегулярного биополимера, как лигнин, разобраны их преимущества, недостатки и перспективы. Отмечается, что на сегодняшний день наиболее эффективными методами для исследования структурных звеньев лигнинов являются пиролитическая газовая хроматография и методы спектроскопии ядерного магнитного резонанса, в сочетании одномерной и двумерной спектроскопии. Описаны различные способы выделения лигнинов из древесины и проанализировано влияние способа выделения на структуру выделяемого вещества. Показаны структурные особенности лигнинов некоторых растений, в частности, лигнина древесины березы и их отличия от лигнинов других пород.

اظهر المزيد [+]

اقل [-]

Altai State University - Russian Federation

2022

Плешкова, Ольга Геннадьевна | Теплякова, Тамара Владимировна | Щербаков, Дмитрий Николаевич | Колосов, Петр Владимирович | Базарнова, Наталья Григорьевна

В статье приведены результаты исследований по биодеструкции компонентов лигноцеллюлозных субстратов при культивировании мицелия грибов Pleurotus ostreatus. Цель исследования –  изучение влияния базидиальных грибов P. ostreatus на ароматическую и углеводную составляющую растительного сырья. Для достижения этой цели в работе исследован компонентный состав растительного сырья на содержание лигнина, целлюлозы, легко- и трудногидролизуемых полисахаридов. Анализ структурных компонентов проводился по общепринятым в химии растительного сырья методикам в пересчете на абсолютно сухое сырье. Химический анализ субстратов показал, что в первую очередь биоконверсии подвергаются трудногидролизуемые полисахариды растительного сырья (для соломы пшеницы – на 15.25%, для лузги подсолнечника – на 10.55%, для осины древесины – на 17.54%). На основании этих данных можно предположить, что на однолетних растениях лигнин полностью не деструктирует, вследствие чего скорость роста грибов увеличивается на 2.5%. | The aim of the study was to study the effect of basidiomycetes on the aromatic and carbohydrate components of plant materials under the influence of the mycelium of the Pleurotus ostreatus fungus. To achieve this goal, we carried out a component analysis of the initial plant raw materials and raw materials after exposure to the mycelium of the basidiomycete. The moisture content in the raw material was determined, and the analysis of the content of: lignin, cellulose, easily and difficultly hydrolysable polysaccharides was carried out. The quantitative analysis of the structural components of plant raw materials was carried out according to the methods generally accepted in the chemistry of plant raw materials, in terms of absolutely dry raw materials. Chemical analysis of substrates showed that polysaccharides undergo bioconversion in the first place; difficultly hydrolyzable polysaccharides underwent biodegradation to a greater extent. It can be concluded that lignin does not completely destroy lignin on annual plants, as a result of which the growth and productivity of mushrooms increases.

اظهر المزيد [+]

اقل [-]

Altai State University - Russian Federation

2022

Евстигнеев, Эдуард Иванович

The review considers two directions of lignin valorization: valorization of technical lignins, as such, without preliminary depolymerization, and valorization through monomeric compounds formed as a result of their selective destruction. The first area includes the production of lignin hydrogels, the use of lignin in medicine and pharmacology, 3D printing, as well as in the production of carbon fibers and biofuels. Lignin hydrogels are distinguished by a high sorption capacity with respect to heavy metals such as lead, iron and copper, which, depending on the content of acidic groups in lignin and the molar mass of sorbate, is ~ 25-50% of the mass of lignin, and therefore they can be used for the purification of waste waters of chemical enterprises. Lignin has high biological activity against various pathogens, including viruses, which makes research in this area very relevant, especially against the backdrop of the COVID-19 pandemic. The use of lignin in some composites for 3D printing can increase the mechanical strength of finished products. The industrial implementation of the technology for the production of carbon fibers from lignin will ensure a twofold reduction in the mass of vehicles. The second direction of lignin valorization - hydrogenolysis and selective oxidation - allows one to obtain monomeric compounds with a yield close to the theoretical one. The economic aspects of valorization are also considered. In addition, based on a comparison of the results of valorization of coniferous and deciduous lignins, a hypothesis on the structure of native lignin was proposed. | В обзоре рассматривается два направления валоризации лигнина: валоризация технических лигнинов как таковых, без предварительной деполимеризации, и валоризация через мономерные соединения, образующиеся в результате их селективной деструкции. Первое направление включает в себя получение гидрогелей лигнина, применение лигнина в медицине и фармакологии, 3D-печати, а также в получении углеродных волокон и биотоплива. Гидрогели лигнина отличаются высокой сорбционной способностью по отношению к тяжелым металлам, таким как свинец, железо и медь, составляющей в зависимости от содержания кислых групп в лигнине и молярной массы сорбата ~ 25–50% от массы лигнина, в связи с чем их можно использовать для очистки сочных вод химических предприятий. Лигнин обладает высокой биологической активностью по отношению к различным патогенам, включая вирусы, что делает исследования в этой области весьма актуальными, особенно на фоне пандемии COVID-19. Использование лигнина в некоторых композициях для 3D-печати позволяет увеличивать показатели механической прочности готовых изделий. Реализация в промышленности технологии получения углеродных волокон из лигнина позволит обеспечить двукратное снижение массы автомобилей. Второе направление валоризации лигнина – гидрогенолиз и селективное окисление – позволяют получать мономерные соединения с выходом, близким к теоретическому. Рассмотрены также экономические аспекты валоризации. Кроме того, на основании сравнения результатов валоризации хвойного и лиственного лигнинов предложена гипотеза о строении нативного лигнина.

اظهر المزيد [+]

اقل [-]

Altai State University - Russian Federation

2022

Вураско, Алеся Валерьевна | Агеев, Максим Аркадьевич | Сиваков, Валерий Павлович

Hogweed multiplies rapidly and gains a large volume of phytomass during the growing season, which allows us to consider the mature biomass of hogweed as a raw material for cellulose production. The aim of the work is to obtain cellulose from lignified stems of hogweed by an oxidative-organosolvent method and study its properties. Raw materials in the form of stems harvested in August contain less lignin, more cellulose and minerals, compared to raw materials harvested in September. The component composition of raw materials: the mass fraction of lignin is 21.9%, cellulose is 46.4% of the absolutely dry raw materials. Depending on the conditions, cellulose with a yield of 49.5–49.7% was obtained by redox-organosolvent cooking with preliminary alkaline treatment % of absolutely dry raw materials, the mass fraction of lignin is 3.9–4.3% of the mass of absolutely dry cellulose, whiteness 72.0–80.2%. The best indicators for physical and mechanical properties are cellulose obtained at a consumption of 0.8 g/g of equilibrium peroxyacetic acid and with a duration of alkaline treatment of 90 minutes. The analysis of cellulose showed that it is possible to obtain cellulose from hogweed that is comparable in characteristics to GOST 28172-89. The anatomical elements of cellulose contain bast fibers, parenchymal cells and vessels. The average fiber length is 0.70 mm, and the average fiber width is 20.4 microns. According to the fractional composition and fiber sizes, the resulting cellulose should be attributed to short-fiber semi-finished products. | Борщевик быстро размножается и набирает большой объем фитомассы за вегетационный период, что позволяет рассматривать зрелую биомассу борщевика как сырье для получения целлюлозы. Целью работы является получение целлюлозы из одревесневших стеблей борщевика окислительно-органосольвентным способом и изучение ее свойств. В ходе работы установлено, что сырье, заготовленное в августе, содержит меньше лигнина, больше целлюлозы и минеральных веществ по сравнению с сырьем, заготовленным в сентябре. Компонентный состав сырья: массовая доля лигнина – 21.9%, целлюлозы – 46.4% от абсолютно сухого сырья. Окислительно-органосольвентной варкой с предварительной щелочной обработкой в зависимости от условий получена целлюлоза с выходом 49.5–49.7% от абсолютно-сухого сырья, массовой долей лигнина 3.9–4.3% от массы абсолютно-сухой целлюлозы, белизной 72.0–80.2%. Лучшими показателями по физико-механическим свойствам обладает целлюлоза, полученная при расходе рПУК 0.8 г/г и с продолжительностью щелочной обработки 90 мин. Из борщевика можно получать целлюлозу, сопоставимую по характеристикам с ГОСТ 28172-89 марки ЛС-4. Анатомические элементы целлюлозы содержат лубяные волокна, паренхимные клетки и сосуды. Средняя длина волокна составляет 0.70 мм, а средняя ширина волокна – 20.4 мкм. По фракционному составу и размерам волокон полученную целлюлозу следует отнести к коротковолокнистым полуфабрикатам.

اظهر المزيد [+]

اقل [-]

Altai State University - Russian Federation

2022

Евстигнеев, Эдуард Иванович

The review considers two directions of lignin valorization: valorization of technical lignins, as such, without preliminary depolymerization, and valorization through monomeric compounds formed as a result of their selective destruction. The first area includes the production of lignin hydrogels, the use of lignin in medicine and pharmacology, 3D printing, as well as in the production of carbon fibers and biofuels.Lignin hydrogels are distinguished by a high sorption capacity with respect to heavy metals such as lead, iron and copper, which, depending on the content of acidic groups in lignin and the molar mass of sorbate, is ~ 25-50% of the mass of lignin, and therefore they can be used for the purification of waste waters of chemical enterprises. Lignin has high biological activity against various pathogens, including viruses, which makes research in this area very relevant, especially against the backdrop of the COVID-19 pandemic. The use of lignin in some composites for 3D printing can increase the mechanical strength of finished products. The industrial implementation of the technology for the production of carbon fibers from lignin will ensure a twofold reduction in the mass of vehicles.The second direction of lignin valorization - hydrogenolysis and selective oxidation - allows one to obtain monomeric compounds with a yield close to the theoretical one. The economic aspects of valorization are also considered. In addition, based on a comparison of the results of valorization of coniferous and deciduous lignins, a hypothesis on the structure of native lignin was proposed. | В обзоре рассматривается два направления валоризации лигнина: валоризация технических лигнинов как таковых, без предварительной деполимеризации, и валоризация через мономерные соединения, образующиеся в результате их селективной деструкции. Первое направление включает в себя получение гидрогелей лигнина, применение лигнина в медицине и фармакологии, 3D-печати, а также в получении углеродных волокон и биотоплива.Гидрогели лигнина отличаются высокой сорбционной способностью по отношению к тяжелым металлам, таким как свинец, железо и медь, составляющей в зависимости от содержания кислых групп в лигнине и молярной массы сорбата ~ 25–50% от массы лигнина, в связи с чем их можно использовать для очистки сочных вод химических предприятий. Лигнин обладает высокой биологической активностью по отношению к различным патогенам, включая вирусы, что делает исследования в этой области весьма актуальными, особенно на фоне пандемии COVID-19. Использование лигнина в некоторых композициях для 3D-печати позволяет увеличивать показатели механической прочности готовых изделий. Реализация в промышленности технологии получения углеродных волокон из лигнина позволит обеспечить двукратное снижение массы автомобилей.Второе направление валоризации лигнина – гидрогенолиз и селективное окисление – позволяют получать мономерные соединения с выходом, близким к теоретическому. Рассмотрены также экономические аспекты валоризации. Кроме того, на основании сравнения результатов валоризации хвойного и лиственного лигнинов предложена гипотеза о строении нативного лигнина.

اظهر المزيد [+]

اقل [-]

Altai State University - Russian Federation