BAB V Kesimpulan dan Saran
TINJAUAN PUSTAKA
2.5 Enceng Gondok
2.5.2 Selulosa dan Lignin
Selulosa dan lignin merupakan salah satu kriteria yang menunjukkan kekuatan serat. Sifat mekanik yang luar biasa dari selulosa adalah regangan, kekuatan, ketahanan terhadap tekanan, mengembang dan sifat permeabilitasnya bertambah terus selama proses pembentukan dinding.
Gambar 2.6 skema ringkasan faktor yang membatasi hidrolisis selulosa (Sumber : Jorgensen 2007)
Pada gambar 2.6 adalah Berikut ini skema tentang mekanisme pemisahan selulosa dari lignin dan unsur-unsur yang terdapat di dalam serat. (1) merupakan
proses terpisahnya cellobiose dan β-glucosidase dari cellobiohydrolase, (2) proses lepasnya cellobiohydrolase dari serat tumbuhan, (3) proses penguraian hemiselulosa dari zat yang lain pada serat tumbuhan, (4) proses penguraian lignin dari zat yang lain yang terpadat pada serat, (5) proses terlepasnya lignin, cellobiohydrolase dan endoglucanase dari ikatan ke udara sehingga yang dihasilkan dari hidrolisis ini ada selulosa dan (6) proses terpisahnya cellobiohydrolase dan endoglucanase dari lignin .
Di bawah tekanan komprehensif, fibril-fibril selulosa itu membengkok. Perbedaan struktur dapat disebabkan karena perbedaan arah dan kerapatan mikrofibril selulosa, perbedaan kandungan lignin dan lain-lain. Lignin menambah ketahanan dinding terhadap tekanan dan mencegah melipatnya mikrofibril selulosa. Arah mikrofibril yang berbeda-beda pada dinding sel merupakan faktor penting penentu kekuatan dinding (Fahn, 1991). Wickens (2001) menyatakan bahwa besarnya kadar selulosa, lignin dan pektin pada serat mempengaruhi kualitas serat.
2.5.2.1 Selulosa
Selulosa memiliki struktur yang kuat dan berat molekul yang tinggi. Hal ini menyebabkan selulosa memiliki kelarutan yang rendah di dalam air, sehingga sulit untuk diserap oleh mikroorganisme selulotik melalui dinding selnya. Mikroorganisme baru dapat memanfaatkan energi sumber dan sumber karbon dari selulosa, jika selulosa telah dihidrolisis menjadi bentuk yang sederhana dengan berat molekul yang lebih rendah. Berikut ini adalah struktur polimer selulosa yang dapat dilihat pada Gambar 2.7 .
Gambar 2.7 Struktur polimer selulosa
(Sumber : http://id.wikipedia.org)
Gambar 2.7 menunjukkan struktur selulosa yang merupakan polimer tak bercabang dari unit anhidroglukosa yang dihubungkan oleh ikatan glukosidik β-1,4. Serat selulosa adalah sangat halus dan fleksibel. 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 dengan emulsin enzim. Selulosa sendiri tidak mempunyai karbon hemiasetal, selulosa tidak dapat mengalami mitarotasi atau dioksidasi oleh reagensia seperti reagensia Tollens. (Mungkin terdapat suatu hemiasetal pada satu ujung dari tiap molekul selulosa, tetapi ujung ini hanya sebagian kecil dari keseluruhan dan tidak menyerah ke reaksi yang dapat diamati).
Dilihat dari strukturnya, selulosa mempunyai potensi yang cukup besar untuk dijadikan sebagai penyerap karena gugus OH yang terikat dapat berinteraksi dengan komponen adsorbat. Adanya gugus OH, pada selulosa menyebabkan terjadinya sifat polar pada adsorben tersebut. Dengan demikian selulosa dan hemiselulosa lebih kuat
menyerap zat yang bersifat polar dari pada zat yang kurang polar. Mekanisme penyerapan yang terjadi antara gugus -OH yang terikat pada permukaan dengan ion logam yang bermuatan positif (kation) merupakan mekanisme pertukaran ion.
Dalam sistem pencernaan hewan herbivora terdapat beberapa bakteri yang memiliki enzim β-glikosida sehingga hewan jenis ini dapat menghidrolisis selulosa. Contoh hewan yang memiliki bakteri tersebut adalah rayap, sehingga dapat menjadikan kayu sebagai makanan utamanya. Selulosa sering digunakan dalam pembuatan plastik. Selulosa nitrat digunakan sebagai bahan peledak, campurannya dengan kamper menghasilkan lapisan film (seluloid).
Selulosa adalah bahan kristalin untuk membangun dinding-dinding sel atau merupakan komponen kayu terbesar yang dalam kayu lunak dan kayu keras jumlahnya mencapai hampir setengahnya. Bahan dasar selulosa adalah glukosa dengan rumus C6H12O6.
Molekul-molekul glukosa disambung menjadi molekul-molekul besar, panjang dan berbentuk rantai dalam susunan menjadi selulosa. Selulosa merupakan bahan dasar yang penting bagi industri-industri yang memakai selulosa sebagai bahan baku, misalnya pabrik kertas, pabrik sutera tiruan dan lain sebagainya (J.F. Dumanauw, 1990).
Mekanisme pemecahan selulosa oleh mikroorganisme selulotik dihambat oleh adanya lignin yang membungkus molekul selulosa dan sangat dipengaruhi oleh derajat polimerisasi dan derajat kristalisasi. Selama derajat polimerisasi, derajat kristalisasi dan kandungan lignin tinggi, selulosa akan sulit untuk dihidrolisis. Pada kondisi demikian, produktivitas mikroorganisme sulit dalam menghasilkan enzim selulosa akan rendah.
Pengecilan ukuran enceng gondok menjadi 100 mesh dan perlakuan delignifikasi dalam suasana basa merupakan salah satu upaya untuk meningkatkan efektivitas hidrolisis selulosa oleh mikroorganisme. Pengecilan ukuran dan delignifikasi menyebabkan terputusnya rantai polimer yang panjang menjadi rantai
polimer yang lebih pendek dan memisahkan lignin dan hemiselulosa dari selulosa serta meningkatkan daerah amorf (menurunkan derajat kristalisasi).
Selulosa mempunyai sifat seperti kristalin dan tidak mudah larut dalam air walaupun polimer ini sangat hidrofilik. Hal ini disebabkan oleh sifat kristalinitas dan ikatan hidrogen intermolekuler antara gugus hidroksil (Mulder, 1996). Selulosa asetat adalah suatu senyawa kimia buatan yang digunakan dalam film fotografi. Secara kimia, selulosa asetat adalah ester dari asam asetat dan selulosa. Senyawa ini pertama kali dibuat pada tahun 1865. Selain pada film fotografi, senyawa ini juga digunakan sebagai komponen dalam bahan perekat, serta sebagai serat sintetik.
2.5.2.2 Lignin
Lignin merupakan zat yang tidak berbentuk yang bersama-sama dengan selulosa membentuk dinding sel dari pohon kayu. Lignin berfungsi sebagai bahan perekat antara sel-sel selulosa dari pohon kayu. Struktur molekul lignin sangat berbeda bila dibandingkan dengan polisakarida karena terdiri atas sistem aromatik yang tersusun atas unit-unit fenilpropana (Anonim. 2001).
Meskipun tersusun atas karbon, hidrogen dan oksigen, lignin bukanlah suatu karbohidrat, sebaliknya lignin pada dasarnya adalah suatu fenol. Lignin sangat stabil dan sukar dipisahkan dan mempunyai bentuk yang bermacam-macam karenanya susunan lignin yang di dalam kayu tetap tidak menentu. Lignin terletak terutama dalam lamella tengah dan dinding primer. Di dalam kayu lignin merupakan bahan yang tidak berwarna. Apabila lignin bersentuhan dengan udara, terutama dengan adanya sinar matahari, maka (bersama-sama dengan karbohidart-karbohidrat tertentu) lama kelamaan lignin cenderung menjadi kuning.
Lignin merupakan bagian terbesar dari selulosa. Penyerapan sinar (warna) oleh pulp terutama berkaitan dengan komponen ligninnya. Untuk mencapai derajat keputihan yang tinggi, lignin tersisa harus dihilangkan dari pulp, dibebaskan dari gugus yang menyerap sinar kuat sesempurna mungkin. Lignin akan mengikat serat selulosa yang kecil menjadi serat-serat panjang. Lignin tidak akan larut dalam larutan
asam tetapi mudah larut dalam alkali encer dan mudah diserang oleh zat-zat oksida lainnya.
Penelitian Mission et al (2009) yang menyatakan bahwa 99% lebih lignin TKKS terdegradasi setelah perlakuan NaOH dan H2O2. NaOH secara teoritis dapat
mendegradasi lignin dengan cara memecah ikatan silang ester pada lignin dan hasilnya porositas biomasa limbah agroindustri meningkat (Rebeca et al., 2007).
Proses delignifikasi ialah proses penghilangan lignin, pada proses delignifikasi ini ada berbagai cara antara lain proses mekanik, proses kraft, dan proses organosolv. Proses mekanik kurang diminati karena dianggap terlalu sulit dan memerlukan tenaga yang banyak. Proses delignifikasi yang banyak digunakan adalah proses kraft padahal proses ini berdampak buruk bagi lingkungan karena bahan-bahan yang digunakan tidak ramah lingkungan.