Delignifiointi tarkoittaa rakenteellisen polymeeriligniinin poistamista kasvikudoksesta, jotta sitä voidaan käyttää esimerkiksi paperinvalmistukseen. Prosessi viittaa ensisijaisesti kemialliseen prosessiin massan poistamiseksi puusta. Voidaan tehdä myös mekaanisesti.
Ligniini on sekoitus fenolisia yhdisteitä, jotka kietoutuvat kasvien sivuseiniin ja silloittavat selluloosahiilihydraatteja, joita voidaan käyttää paperikuitujen muodostamiseen. Tämä kompleksi muodostaa hydrofobisen matriisin, mikä tarkoittaa, että se hylkii vettä, jolloin kasvi voi kuljettaa vettä ylös järjestelmänsä läpi. Ligniini lisää paljon mekaanista lujuutta soluseiniin ja heikentää niiden sulavuutta sekä eläinten että delignifiointikemiallisen prosessin kautta. Tämä polymeeri vähentää myös kasvien herkkyyttä hyönteisten ja kasvipatogeenien hyökkäyksille. Se on yksi viimeisistä yhdisteistä, jotka jäävät jäljelle kasvien rappeutuessa ja kerääntyy maaperään humuksena.
Ligniinin poisto puusta on perinteisesti tapahtunut Kraft-prosessiksi kutsutulla menetelmällä. Tämä nimi on johdettu saksan sanasta vahva. Kuitujen massa, joka jää jäljelle ligniinin poistamisen jälkeen, tunnetaan massana. Kraft-prosessi tuottaa vahvempaa massaa kuin aiemmin käytetyt menetelmät ja poistaa 95 % ligniinistä puusta.
Tämä prosessi käsittää yleensä puuhakkeen keittämisen korkeassa lämpötilassa ja paineessa sekä natriumhydroksidin ja natriumsulfidin vesiliuoksessa, joka on valkolipeänä tunnettu yhdistelmä. Se liuottaa kemiallisesti sidokset, jotka yhdistävät selluloosakuituja. Puun delignifiointi tapahtuu keittimeksi kutsutussa astiassa, joka kestää korkeaa painetta. Keittimiä on kahden tyyppisiä – erä- ja jatkuvatoimisia – ja viime aikoina kehitetyt ovat jatkuvia.
Tässä vaiheessa kiinteä massa on ruskeaa ja sitä kutsutaan ruskeaksi massaksi. Yhdistetyt nesteet tunnetaan mustalipeänä, ja ne sisältävät ligniinifragmentteja sekä kemikaaleja ja sivutuotteita. Massa erotetaan käytetystä keittoliemestä pesusarjalla. Sirpaleet kerätään ja poltetaan tehtaan tehon auttamiseksi. Prosessin loppuosa on suunniteltu kierrättämään lämpöä ja ruoanlaittokemikaaleja.
Joitakin Kraft-prosessin sivutuotteita ovat tärpätti ja mäntyöljy, joka on hartsi, jota käytetään monenlaisiin teollisiin käyttötarkoituksiin. Nykyiset Kraft-tehtaat ovat itsenäisiä ja ottavat talteen suurimman osan kemikaaleistaan, mikä tuottaa hyvin vähän vettä. Ne voivat kuitenkin aiheuttaa ilmansaasteita.
Kraft-prosessilla tuotettu ruskea massa sisältää noin 5 % jäännösligniiniä, ja siitä poistetaan ligniini edelleen sarjalla valkaisuvaiheita. Valkaisu poistaa ylimääräistä ligniiniä, mikä tekee paperista kirkkaamman. Joskus valkaisun tarve on vähäinen. Jos paperi on esimerkiksi tarkoitettu ruskeaksi paperipussiksi, sen ei tarvitse olla kirkkaan valkoista. Valkaisua kannustetaan välttämään, koska se vähentää tuotetun massan massaa, lisää kustannuksia ja heikentää kuitujen lujuutta.
Happidelignifiointi on uudempi prosessi, joka poistaa enemmän ligniiniä ja käyttää vähemmän kemikaaleja. Se sisältää massan käsittelyn hapella paineastiassa korkeassa lämpötilassa alkalisessa liuoksessa. Tätä prosessia seuraa pesuvaihe. Tällä menetelmällä ligniinin jäännösmäärää voidaan vähentää noin 1.5 %:iin, mikä rajoittaa paperin valmistamiseen massasta tarvittavaa valkaisuastetta.
Vaikka tämäntyyppinen suunnittelu on perinteisesti keskittynyt paperin ja kuitulevyn puumassaan, viime aikoina on käytetty biomassaa, suuria määriä kasvimateriaalia etanolin lähteenä ja vaihtoehtona fossiilisille polttoaineille. Tälle kasvimateriaalille on tehtävä delignifiointi ennen kuin sitä voidaan käyttää tähän tarkoitukseen. Suunnitellaan mikrobijärjestelmiä, joissa ligniinin poisto yhdistyy selluloosan muuntamiseen etanoliksi. Biopolttoaineiden tuotannon tutkimus on erittäin aktiivinen ala.
Sekä ligniinin synteesistä kasveissa että sen hajoamisesta mikro-organismien toimesta tehdään melko paljon bioteknologista tutkimusta. Tiedemiehet yrittävät muuttaa ligniinin rakennetta ja pitoisuutta toivoen parantaa sen sulavuutta eläimille ja lisätä soluseinien käyttökelpoisuutta paperin ja biopolttoaineiden tuotannossa.
Kiinnostus on myös suurta kehittää teollisia sovelluksia mikro-organismien entsyymeille ligniinin hajottamiseksi. Jotkut sienet ovat melko taitavia asumaan puulla, koska ne tuottavat entsyymejä – kuten peroksidaaseja -, jotka katalysoivat ligniinin hajoamista hapen läsnä ollessa. Muut biopolttoaineiden tuotantoa varten tutkittavat mikrobientsyymit toimivat ilman happea. Meneillään on geenitekniikan kokeita näiden entsyymien ominaisuuksien parantamiseksi ligniinin hajotuksen teolliseen käyttöön.