TINJAUAN PUSTAKA
2.3 Enzim Selulase
Selulosa merupakan polimer glukosa dengan ikatan β– 1,4.Selulosa kapas mempunyai derajat polimerisasi tinggi yaitu 10.000,sedang yang dari kayu derajat polimerisasi rendah yaitu 600-1.000. Karena adanya konfigurasi β , molekul mudah membentuk ikatan hidrogen dan membentuk serabut kristal fibriler yang rendah daya larutnya dalam air. Molekul kapas terdiri dari 98% selulosa,sedang kayu biasa 40-50% selulosa dan sisanya terdiri dari xilan dan glukomanan.
Selulase merupakan nama umum atau trivial bagi enzim,sedang nama sistematiknya adalah β-1,4 glukan-4-glkanohidrolase (E.C 3.2.1.4). Istilah selulase mula- mula digunakan khusus untuk enzim yang dapat memecah selulosa kapas saja. Kini digunakan dalam arti yang lebih luas yaitu asal dapat memecahkan ikatan glukosidik β-1,4.
Pada hewan,terutama dalam lambung hewan memamah biak banyak terdapat mikroba anaerobik yang menghasilkan enzim selulase yang mampu mencerna selulosa dari rumput dan bahan makanan lain.
Ada tiga jenis selulase yang dikenal:
a. Faktor C1,yaitu suatu faktor yang masih belum jelas peranannya,diperlukan untuk
menghancurkan selulosa dalam bentuk kristal denga tingkat polimerisasi yang tinggi. b. β–Glukanase yang teragi dalam dua jenis yaitu:
1. Ekso-β-1,4-glukanase,menyerupai glukoamilase
2. Endo-β-1,4-glukanase menghidrolisis molekul selulosa secara acak. Endo-β -1,4-glukanase inilah yang disebut faktor -Cx.
c. β-Glukosidase : affinitasnya tinggi terhadap molekul kecil.
C1 Cx β-glukosidase
Selulosa selulosa reaktif selubiosa glukosa
Mikroorganisme yang digunakan untuk mendapat selulase adalah Myrothecium verrucaria,Penicillium pusillum,dan Trichoderma viridae. Penggunaan Enzim selulase dalam industri pangan masih sangat terbatas ( Winarno, 1983 ).
Mikrofibil selulosa dibusukkan oleh sistem enzim selulase ,tersusun atas endoglukanase,eksoglukanase dan β - glukosidase( dikenal juga sebagai selubiose). Enzim selulase mempunyai aturan yang berbeda dalam pembelahan berbagai ikatan dengan susunan mikrofibil. Ini menyebabkan gangguan pada struktur kristal yang diikuti oleh depolimerisasi menjadi rantai glukosa pendek. Endoglukanase bekerja secara acak pada kedua baik rantai glukosa yang dapat larut dalam air dan yang tidak dapat larut oleh pemotongan ikatan β(1,4) menghasilkan glukosa dan selooligosakarida.
Sejumlah besar organisme dapat menghasilkan selulosa,tetapi hanya beberapa yang memiliki depolimerisasi dan hidrolisis yang lengkap dari susunan mikrofibil kristalin secara in vitro. Sistem selulosa dari tingkat genus jamur Trichoderma telah secara ekstensif dipelajari dan menunjukkan sejumlah produksi endo- β- glukanase dan ekso- β- glukanase tetapi jumlah yang rendah dalam β- glukosidase. Berlawanan dengan Aspergillus yang menghasilkan sejumlah besar endo- β- glukanase dan β- glukosidase tetapi sedikit pada ekso- β- glukanase. Chaetoium, sejenis jamur ascomycetes, ditemukan pada banyak varietas bahwa selulosa pada kertas menjadi kompos khususnya pada lingkungan basa. Ia dapat menghasilkan selulase yang panas yang boleh dijual terus untuk mengubah selulosa menjadi gula sederhana dari sumber daya alam yang tersedia. Jamur lain secara luas telah dipleajari sistem selulasenya termasuk Cremonium celluloyticus, Penicillium, Fusarium dan jamur Agaricus yang dapat dimakan .
Bakteri mempunyai sistem selulase yang sedikit lebih luas dibandingkan jamur. Bakteri selulase disusun dalam suatu protein globular yang bertangga yang disebut selusom,disekitar dinding. Struktur ini berkoordinasi untuk menyerang kristalin mikrofibil, meningkatkan aktivitas atau efisiensi individual enzim. Gabungan bakteri tanah aerob yang berdepolimerisasi termasuk Acetobacter, Bacteriodes,
Clostridium, Fibrobacter, dan Rummococcus (Paul, 2010)
2.4. Selulosa
Selulosa terdapat dalam tumbuhan sebagai bahan pembentuk dinding sel. Serat kapas boleh dikatakan seluruhnya adalah selulosa. Dalam tubuh kita selulosa tidak dapat dicernakan karena kita tidak mempunyai enzim yang dapat menguraikan selulosa. Dengan asam encer tidak dapat terhidrolisis, tetapi oleh asam dengan konsentrasi tinggi dapat terhidrolisis menjadi selobiosa dan D-glukosa. Selobiosa adalah suatu disakarida yang terdiri atas dua molekul glukosa yang berikatan glikosidik antara atom karbon 1 dengan atom karbon 4.
Meskipun selulosa tidak dapat digunakan sebagai bahan makanan oleh tubuh, namun selulosa yang terdapat sebagai serat – serat tumbuhan, sayuran atau buah – buahan, berguna untuk memperlancar pencernaan makanan. Tentu saja jumlah serat yang terdapat dalam bahan makanan tidak boleh terlalu banyak (Poedjiadi, 1994).
Selulosa umumya terdiri dari sekitar 300.000 satuan monomer dan mempunyai berat molekul berkisar 250.000 sampai lebih dari 1.000.000 g/mol dengan rumus molekul (C5H10O5)n . Di dalam molekul selulosa,monomer- monomernya tersusun
secara linear, sedangkan diantara pita – pita satuan polimernya tersusun secara paralel. Oleh karena itu, diantara pita – pita polimer tersebut terdapat banyak jembatan hidrogen intermolekuler dan intramolekuler yang menyebabkan selulosa mempunyai struktur yang masif / kompak dan merupakan struktur dasar sel tumbuh – tumbuhan (Riswiyanto,2009)
Susunan linear dari ikatan β-glukosa dalam selulosa menghadirkan distribusi yang seragam dari kelompok ”OH” pada setiap antai terluar. Ketika dua atau lebih
rantai selulosa berhubungan, kelompok hidroksil secara ideal menjadi tertutup rantai secara bersama – sama. Pada cara ini diberikan kelarutan yang besar,kekakuan dan polimer berserabut yang secara ideal digunakan sebagai bahan dinding sel ntuk tumbuhan. Sifat khusus ini dari rantai selulosa,bukan hanya dari ikatan β 1,4 glikosidik,ini juga merupakan konsekuensi dari stereokimia yang tepat dari D- glukosa pada setiap pusat stereo. Dimana D- galaktosa dan D- alosa berikatan pada model yang sama, mereka dengan tepat tidak memberikan tempat untuk pembuatan polimer dengan sifat seperti selulosa. Maka kita mendapat pandangan lain mengapa D- glukosa mendapat posisi yang khusus dalam kimia tumbuha dan hewan (Solomons,1976)
Suatu molekul tunggal selulosa merupakan polimer lurus dari 1,4’-β -glukosa. Hidrolisis lengkap dalam HCl 40 % dalam-air, hanya menghasilkan D-glukosa. Disakarida yang terisolasi dari selulosa yang terhidrolisis sebagian adalah selobiosa, yang dapat dihidrolisis lebih lanjut menjadi D-glukosa dengan suatu katalis asam atau dengan emulsin enzime (Fessenden danFessenden, 1986).
Gambar 2.2 Struktur dari selulosa
Selulosa merupakan homopolisakarida linier tidak bercabang, terdiri dari 10.000 atau lebih unit D-glukosa yang dihubungkan oleh ikatan β-1,4-glikosidik (Lehninger, 1988).
Selulosa lebih sukar diuraikan dan mempunyai sifat-sifat sebagai berikut : memberi bentuk atau struktur pada tanaman, tidak larut dalam air dingin maupun air panas, tidak dapat dicerna oleh pencernaan manusia sehingga tidak dapat menghasilkan energi (Winarno,1995).
Walaupun selulosa sifatnya keras dan kaku, namun selulosa dapat dirombak menjadi zat yang lebih sederhana melalui proses selulolisis. Selulolisis adalah proses
memecah selulosa menjadi polisakarida yang lebih kecil yang disebut dengan sellodekstrin atau sepenuhnya menjadi unit unit glukosa,hal ini merupakan reaksi hidrólisis. Karena molekul selulosa terikat kuat antar satu molekul dengan molekul lainnya,selulolisis relatif lebih sulit bila dibandingkan dengan pemecahan polisakarida lainnya. Proses selulolisis terjadi pada sistem pencernaan sebagian hewan memamah biak ruminansia untuk mencerna makanan mereka yang mengandung selulosa. Proses selulolisis dibantu oleh enzim selulase.
Enzim yang digunakan untuk membelah hubungan glikosidik di glikosida hidrólisis selulosa termasuk enzim endo-selulase dan ekso glukosidase. Enzim tersebut biasanya dikeluarkan sebagai bagian dari kompleks multienzim yang mungkin termasuk selulosa. Untuk proses selulolisis akan dijelaskan pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.3 Mekanisme Pemecahan selulosa menjadi glukosa
Ketiga jenis reaksi yang dikatalisis oleh enzim selulase: 1. Kerusakan dari interaksi non kovalen hadir dalam struktur kristal selulosa (endo – selulase). 2. Hidrlolisis serat selulosa individu untuk memecah gula yang lebih
kecil(ekso-selulase). 3. Hidrólisis disakarida dan tetrasakarida menjadi glukosa (beta- glukosidase).
2.5 Kertas
Adanya kertas merupakan menyumbangkan arti besar dalam peradaban dunia. Sebelum ditemukan kertas, bangsa-bangsa dahulu menggunakan tablet dari tanah lempung yang dibakar. Hal ini bisa dijumpai dari peradaban bangsa Sumeria, Prasasti dari atau tulang binatang, naskah naska beberapa abad lampau (http://ms.wikipedia. Org/wiki/Kertas)
Dua hal yang paling penting dari material pembuatan selulosa kertas adalah berapa banyak dan berapa panjang serat selulosanya. Banyaknya serat selulosa dalam kayu tertentu menghasilkan pulp,pengurangan proses dan ongkos produksi pulp. Pada tabel berikut menunjukkan komposisi kimia dari proses pembuatan pulp kertas.
Tabel 2.1 Komposisi Kimia dari Pulp Kertas
Proses Pembuatan Pulp
Komponen Kayu
Hasil
Pulp Yang dihilangkan
Proses pemasakan dengan bahan kimia dan pemutihan
Hanya selulosa Lignin,dan
hemiselulosa Kurang dari 40 % Proses pulp dengan
bahan kimia dan pemutihan Selulosa dan sebagian hemiselulosa Lignin dan sebagian hemiselulosa 45 – 55%
Proses pulp dengan bahan kimia NO
Selulosa, sebagian hemiselulosa dan sisa lignin
Sebagian lignin dan
selulosa 45 – 55%
Semi- bahan kimia
Selulosa, kebanyakan hemiselulosa dan lignin
Sebagian lignin dan
hemiselulosa 50 – 65%
Proses Pembuatan kertas (pulp)
1. Kayu diambil dari hutan produksi kemudian dipotong – potong atau lebih dikenal dengan log.Log disimpan ditempat penampungan beberapa bulan sebelum diolah dengan tujuan untuk melunakkan log dan menjaga kesinambungan bahan baku. 2. Kayu dibuang kulitnya dengan mesin atau dikenal dengan istilah De- Barker 3. Kayu dipotong – potong menjadi ukuran kecil (chip) dengan mesin chipping.
Chip yang sesuai ukuran diambil dan yang tidak sesuai diproses ulang.
4. Chip dimasak didalam digester untuk memisahkan serat kayu(bahan yang digunakan untuk membuat kertas)dengan lignin. Proses pemasakan ini ada dua macam yaitu Cheical Pulping Process dan Mechanical Pulping Process. Hasil dari digester ini disebut pulp (bubur kertas). Pulp ini yang diolah menjadi kertas
Proses Pembuatan Kertas (Paper machine)
Sebelum masuk ke areal paper mesin pulp diolah dulu pada bagian stock preparation. bagian ini berfungsi untuk meramu bahan baku seperti: menambahkan pewarna untuk kertas (dye), menambahkan zat retensi, menambahkan filler (untuk mengisi pori - pori diantara serat kayu). Bahan yang keluar dari bagian ini disebut stock (campuran pulp, bahan kimia dan air)
Dari stock preparation sebelum masuk ke headbox dibersihkan dulu dengan alat yang disebut cleaner. Dari cleaner stock masuk ke headbox. headbox berfungsi untuk membentuk lembaran kertas (membentuk formasi) diatas fourdinier table.
Fourdinier berfungsi untuk membuang air yang berada dalam stock (dewatering). Hasil yang keluar disebut dengan web (kertas basah). Kadar padatnya sekitar 20 %.
Press part berfungsi untuk membuang air dari web sehingga kadar padatnya mencapai 50 %. Hasilnya masuk ke bagaian pengering (dryer). Cara kerja press part ini adalah kertas masuk diantara dua roll yang berputar. Satu roll bagian atas di beri tekanan sehingga air keluar dari web. Bagian ini dapat menghemat energi, karena kerja dryer tidak terlalu berat (air sudah dibuang 30 %).
Dryer berfungsi untuk mengeringkan web sehingga kadar airnya mencapai 6%. Hasilnya digulung di pop reel sehingga berbentuk gulungan kertas yang besar (paper roll).Paper roll ini yang dipotong – potong sesuai ukuran dan dikirim ke konsmen. (http://blogspot.com/poses-pembuatan-kertas.html).