Lignin
Lignin merupakan senyawa kimia yang umumnya diperoleh pada kayu dan merupakan bagian integral dari dinding sel tumbuhan. Lignin adalah bahan polimer alam terbanyak kedua setelah selulosa. Lignin merupakan polimer yang sukar larut dalam asam dan basa kuat dan sulit terdegradasi secara kimiawi maupun secara enzimatis. Lignin pada kayu terdapat pada lamela tengah antara selulosa, hemiselulosa, dan pektin yang berfungsi sebagai perekat atau penguat dinding sel. Lignin berperan sangat penting bagi tumbuhan sebagai pengangkut air, nutrisi, dan metabolist dalam sel tumbuhan. Lignin sulitdidegradasi karena strukturnya yang kompleks danheterogen yang berikatan dengan selulosa danhemiselulosa dalam jaringan tanaman.Lebih dari 30persen tanaman tersusun atas lignin yang memberikanbentuk yang kokoh dan memberikan proteksi terhadapserangga dan patogen (Orth et al., 1993).Disampingmemberikan bentuk yang kokoh terhadap tanaman, ligninjuga membentuk ikatan yang kuat dengan polisakaridayang melindungi polisakarida dari degradasi mikroba danmembentuk struktur lignoselulosa.
Struktur lignin pada kayu daun lebar memiliki komposisi yang lebih kompleks dibandingkan kayu daun jarum.Jenis kayu daun lebar disusun oleh unit siringil dan guaiasil dengan perbandingan tertentu, sedangkan lignin kayu daun jarum didominasi oleh unit guaiasil dengan sedikit tambahan p-hidroksiphenil (Agustina, 2009).
Polimer alam kedua ini sangat melimpah dan membentuk 15sampai 30 persendinding sel kayu dari gymnospermae(softwood) dan angiospermae
(hardwood). Lignin yang terdapat pada dinding sel, mendukung bentuk struktural, impermeabilitas, pertahanan terhadap mikroba dan oksidative stress.Secara struktural, lignin memiliki bentuk heteropolimer yang amorf, tidak larut dalam air danterdiri atas 3 jenis fenilpropana yaitu coniferyl alcohol (guaiacyl propanol), coumaryl alcohol (p-hydroxyphenylpropanol), and sinapyl alcohol (syringyl propanol).Coniferyl alcohol adalah komponen utama dari softwood lignin, sementara, guaiacyl and syringyl alcohols konstituen utama dari hardwood lignin (Perez et al., 2002).
Degradasiligninoleh jamur pelapuk putihmelibatkanenzimsepertiligninperoksidase(LiP), manganperoksidase(MnP)
danlakase (Kerem & Hadar,1998). Degradasi lignin tergantung kepada kehadiran metabolit ko-substrat seperti glukosa. Disamping itu, adanya peningkatan dari O2 di dalam kultur memiliki efek aktivasi yang kuat pada laju degradasi dari lignin. Sebuah bukti juga menunjukkan bahwa mangan sangat penting dalam degradasi lignin. Endapan MnO2 terakumulasi di dalam kayu setelah dibusukkan oleh beberapa jamur pelapuk putih, dan degradasi lignin oleh beberapa jamur pelapuk putih sangat dipengaruhi oleh kehadiran dari Mangan (Gold dan Alic, 1993). Fungi
Jamur (fungi) merupakan tumbuhan tingkat rendah yang tidak mempunyai zat hijau (klorofil).Untuk dapat bertahan hidup jamur berperan sebagai parasit atau saprofit pada mahluk hidup lainnya, jamur tidak dapat menghasilkan makanannya sendiri (Tambunan dan Nandika, 1989).
Fungi merupakan tumbuhan yang tidak mempunyai klorofil sehingga bersifat heterotrof, tipe sel eukariotik.Jamur ada yang uniseluler dan
multiseluler.Tubuhnya terdiri dari benang-benang yang disebut hifa yang dapat membentuk anyaman bercabang-cabang (miselium).Fungi pada umumnya multiseluler (bersel banyak). Ciri-ciri fungi berbeda dengan organisme lainnya dalam hal cara makan, struktur tubuh, pertumbuhan, dan reproduksinya (Gandjar
et al., 1999).
Tiga karakteristik utama fungi adalah: (1) pembentukan struktur unit dasar yaitu hifa, (2) pembentukan propagul reproduksi yang sebagian besar adalah spora (biasanya bersel satu) dan (3) penyerapan makanan secara heterotrofik (fungi menghasilkan enzim yang dihasilkan untuk menguraikan bahan-bahan organic, sehingga dapat diserap dalam bentuk larutan (Widyastuti dkk, 2005).
Bagian vegetatif pada jamur umumnya berupa benang-benang halus memanjang, bersekat (septa) atau tidak, dinamakan dengan hifa.Kumpulan-kumpulan benang-benang hifa tersebut dinamakan miselium.Miselium dapat dibedakan menjadai dua tipe pokok.Pertama mempunyai hifa senositik (coenocytic), yaitu hifa yang mempunyai banyak inti dan tidak mempunyai sekat melintang, jadi hifa ini berbentuk tabung halus yang berbentuk protoplas dengan banyak inti.Pembelaan intinya tidak diikuti oleh pembelaan sel. Kedua mempunyai hifa seluler (celluler), hifa terdiri dari sel-sel, yang masing-masing mempunyai satu atau dua inti (Semangun, 1996).
Pada umumnya pertumbuhan fungi dipengaruh oleh beberapa faktor seperti substrat yang tersedia, suhu yang baik dan sesuai dengan pertumbuhan fungi, derajat keasaman substrat (pH), dan senyawa-senyawa kimia yang ada di lingkungan yang dapat mempengaruhi pertumbuhan fungi. Dengan terpenuhinya
semua faktor-faktor tersebut fungi akan mengalami pertumbuhan yang baik (Gandjar et al., 2006).
Proses Pelapukan Kayu
Peristiwa pelapukan kayu pada umumnya dipengaruhi oleh reaksi biokimia antara komponen kimia kayu atau biomassa dengan enzim yang diproduksi oleh mikroorganisme.Kemampuan mikroorganisme untuk menguraikan komponen kimia bahan tersebut sangat dipengaruhi oleh genetik dan kondisi lingkungan. Fungi pelapuk umumnya berfungsi sebagai pembuka jalan pelapukan lain oleh mikroba yang lebih rendah tingkatannya seperti mikroba. Pada umumnya mikroba yang sangat berperan dalam pendegradasi kayu adalah fungi-fungi pelapuk putih (whiterotfungi) dan fungi pelapuk coklat (brownrotfungi), dan keduanya sebagian besar tergolong Basidiomycetes.Fungi pelapuk putih mempunyai peran utama dalam mendegradasi lignin, sedangkan fungi pelapuk coklat banyak mendegradasi selulosa dan hemiselulosa daripada lignin.Hemiselulosa merupakan komponen yang paling mudah didegradasi, sedangkan lignin dan selulosa lebih sulit didegradasi dan sangat bergantung pada jenis funginya (Prasetya, 2005).
Berdasarkan tingkat urutan-urutan penguraian komponen kimia biomassa, degradasi dapat dibagi kedalam tiga katagori.Pertama lignin yang didegradasi kemudian diikuti dengan selulosa dan hemiselulosa.Kedua, sebaliknya degrdasi diawali selulosa dan hemiselulosa kemudian degradasi lignin.Ketiga, degradasi lignin dan selulosa berjalan bersamaan. Proses degradasi pada umumnya berjalan bertahap dan pada umumnya terjasi pemotongan rantai panjang dari polimer selulosa menjadi lebih pendek (Prasetya, 2005).
Keterlibatan Mikroorganisme Dalam Pelapukan Kayu
Dekomposisi kayu/tanaman adalah bagian terpenting dalam siklus karbon di alam. Proses dekomposisi disebabkan oleh jamur, insektan yang menggunakan kayu sebagai makanan atau shelter. Kandungan lignin dalam kayu menjadi bahan utama untuk proses dekomposisi enzim dari selulosa dan hemiselulosa. Pada prinsipnya, kayu mengandung bahan organik tertinggi, dan kayu tidak dapat dipisahkan dari tanaman yang selalu mengikuti siklus dan proses fotosintesis alam. Ketika kayu sudah mati, maka jamur dan organisme pengurai lainnya berperan dalam penguraian bahan kayu tersebut melalui proses biosintetik dan biodekomposisi (Murtihapsari, 2008).
Pelapukan yang mengakibatkan terjadinya penurunan kekuatan kayu pada umumnya disebabkan oleh mikroorganisme (jamur) yang disebut sebagai jamur pelapuk kayu. Agen-agen biologis seperti fungi yang menyebabkan pembusukan atau pewarna kayu dan bahan-bahan selulosa yang lain adalah tumbuh-tumbuhan yang tidak mengandung klorofil. Karena tidak dapat memproduksi makanannya
sendiri, fungi harus memperoleh energinya dari bahan-bahan organik lain (Haygreen dan Bowyer, 2000).
Menurut Khan (1954) jamur pelapuk kayu tidak dapat memproduksi makanannya sendiri dari substansi yang sederhana seperti karbondioksida, air dan mineral.Oleh karena itu, jamur pelapuk kayu hidup dari bahan organik yang terdapat pada kayu mati sebagai saprofit atau memperoleh makanan dari pohon hidup sebagai parasit.
Kumpulan hifa yang disebut miselium jamur pelapuk kayu menembus kedalam kayu, serta tumbuh dan merombak substansi dinding sel kayu yang secara utama terdiri atas hemiselulosa, selulosa serta lignin menjadi bahan yang sederhana. Jamur pelapuk kayu hidup dan memperoleh makanan utama dengan cara merombak bahan organik penyusun dinding sel kayu dengan pertolongan enzim yang dihasilkannya (Manion, 1991).
Terjadinya pelapukan pada pohon sangat dipengaruhi oleh adanya pelukaan pada pohon, kepekaan pohon terhadap serangan organisme pelapuk, interaksi antara mikroorganisme dengan pohon serta kondisi lingkungan yang mendukung untuk periode waktu yang lama (Manion, 1991).
Berdasarkan tipe pelapukan kayu akibat serangan jenis-jenis jamur, terdapat 3 (tiga) macam jamur perusak kayu antara lain :
1. Brown-rot Fungi
Jamur tingkat tinggi dari kelas Basidiomycetes. Golongan jamur ini menyerang hemiselulosa dan selulosa kayu dan meninggalkan residu kecoklatan yang kaya akan lignin.
2. White-rot Fungi
Spesies jamur dari kelas Basidiomycetes, juga mendegradasi hemiselulosa, selulosa dan lignin.Menyebabkan warna kayu lebih muda dari warna normal.
3. Soft-rot Fungi
Jenis-jenis jamur dari kelas Ascomycetes atau fungiimperfectie, menyerang selulosa dan komponen dinding sel lainnya. Akibat serangan jamur ini yaitu permukaan kayu menjadi lebih lunak.
(Tambunan dan Nandika, 1989)
Pelapukan oleh fungi Pelapuk Putih
Tahap awal dalam pelapukan kayu yang dilakukan oleh white rot fungiakan menyebabkan perubahan warna dan pengerasan pada permukaan kayu. Hifa berkembang pada permukaan kayu atau bagian-bagian kayu yang retak kemudian miselium menghisap zat makanan. Sifat fisik kayu, warna kayu dan strukturnya akan berubah. Tahap ini disebut pelapukan tingkat lanjut (Advanced decay) yang ditandai dengan berkurangnya kekuatan kayu sehingga mudah hancur. Jamur pelapuk putih akan meninggalkan warna putih pada kayu (Hardjo
et. al., 1989).
Fungi Pelapuk Putih (FPP) dari kelas Basidiomycetes merupakan organisme yang bekerja efisien dan efektif dalam proses biodelignifikasi. Ada jenis jamur lain yang juga mampu mendegradasi lignin, seperti fungi pelapuk coklat (brown-rotfungus) namun enzim yang dihasilkan oleh jenis jamur ini tidak bekerja se-efektif enzim yang dihasilkan FPP. Proses biodelignifikasi ini mulai saat FPP menembus dan membentuk koloni dalam sel kayu lalu mengeluarkan enzim yang berdifusi melalui lumen dan dinding sel. Hal ini menyebabkan terjadinya penurunan kekuatan fisik kayu dan pembengkakan jaringan kayu. Intinya fungi pelapuk putih (FPP), yang menggunakan selulosa sebagai sumber karbon, memiliki kemampuan yang unik untuk mendegradasi lignin secara keseluruhan membentuk karbon dioksida untuk memperoleh molekul selulosa (Munir, 2006).
Jamur yang paling efisien dalam mendegradasi lignin dalam tanah ialah
Abortiporusbiennis, Bjerkanderaadusta, Dichomitussqualens, P.chrysosporium, Phanerochaetesordida, P. radiata, Pleurotusostreatus, Trameteshirsuta, danTrametesversicolor (Toumela, 2002).
Fungi pelapuk putih menyerang kayu lunak dan terutama kayu keras dengan pilihan pada lignin. Ada beberapa enzim-enzim pendegradasi lignin berkembang biak dan enzim-enzim pendegradasi pectin, poliosa dan bahkan selulosa. Hifa fungi masuk ke dalam jaringan kayu melalui selaput noktah dan melalui dinding-dinding sel dengan membentuk lubang-lubang pengeboran (Murtihapsari, 2008).
Fungi pelapuk putih diketahui memiliki kemampuan ligninolitik yang memiliki kemampuan dimana jamur mengeluarkan enzim yang dapat mendegradasi lignin.Pada jamur pelapuk putih, enzim yang dikeluarkan adalah enzim peroksidase (Johjima et al., 1999).
Berdasarkan tingkat urut-urutan penguraian komponen kimia biomassa, degradasi dapat dibagi dalam tiga kategori.Pertama, lignin yang didegradasi diikuti oleh degradasi selulosa dan hemiselulosa.Kedua, sebaliknya degradasi diawali pada selulosa dan hemiselulosa kemudian degradasi lignin.Ketiga, degradasi lignin dan selulosa berjalan secara bersamaan. Proses degradasi pada umumnya berjalan secara bertahap (Widjaya, 2004).
Terdapat tiga jenis enzim ligninolitik yang mampu mendegradasi lignin yaitu fenol oksidase (lakase), lignin peroksidase (LiP), dan mangan peroksidase (MnP).Lakase umumnya ditemukan pada tanaman tingkat tinggi dan berbagai
mikroorganisme.LiP tidak diproduksi oleh semua jenis fungi pelapuk putih (Akhtar et al., 1997).
Lignin Peroksidase (LiP)
Lignin Peroksidase (LiP) merupakan enzim yang mengandung gugus heme dengan potensial redoks yang tinggi dan disekresikan keluar sel. Lignin Peroksidase mengoksidasi gugus metoksil pada cincin aromatik non fenolik dengan menghasilkan radikal bebas.Enzim LiP memiliki pH optimum dibawah 3.0 tetapi enzim LiP menunjukkan ketidakstabilan apabila berada pada kondisi yang asam, mendekati pH 4. LiP memerlukan dua jenis metabolit agar dapat berfungsi dengan baik. Kedua jenis metabolit tersebut adalah hidrogen peroksida yang juga diperlukan oleh MnP dan veratil alkohol (VA) yang digunakan sebagai mediator dalam reaksi redoks(Sigit, 2009). Veratil alkohol merupakan substrat dari enzim LiP dan dihasilkan untuk meningkatkan kerja enzim LiP dan melindungi LiP dari inaktivasi akibat kelebihan H2O2 (Gadd, 2001).
LiP ditemukan pertama kalipada jamur P.
chrysosporium.P.chrysosporiummerupakan jamur pelapuk putih yang palingbanyak dipelajari, merupakan perwakilan dari kelompok LiP-MnP. P. chrysosporiummemiliki kemampuan mendegradasi paling efisien, dan beberapa
strain sering digunakan secara industrial, seperti pada degradasi lignin dan
biopulping (Kerem &Hadar,1998). Seperti peroxidase lainnya, LiP mampu dalam oksidasi dari berbagai jenis senyawa fenolik (guaicol, vanillyl alcohol, cathecol, syringic acid, acetosyringone, dan lainnya) (Wong, 2008). Beberapa jenis jamur yang dapat menghasilkan LiP ialah Panus sp., Pycnoporus
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Dinding sel kayu terdiri atas tiga komponen makromolekul utama yaitu selulosa, hemiselulosa dan lignin.Lignin merupakan senyawa yang heterogen dengan berbagai tipe ikatan sehingga tidak dapat diuraikan oleh enzim hidrolisis.Lignin terbentuk dari gugus aromatik yang saling dihubungkan dengan rantai alifatik, yang terdiri atas 2-3 karbon.Lignin pada batang tanaman berfungsi sebagai bahan pengikat komponen penyusun lainnya, sehingga suatu pohon bersifat keras. Kayu keras normal mengandung 20-25% lignin, meskipun kayu keras tropika dapat mempunyai kandunan lignin lebih dari 30% .
Lignin merupakan polimer yang strukturnya heterogen dan kompleks yang terdiri dari koniferil alkohol, sinaphil alkohol, dan kumaril alkohol sehingga sulit untuk dirombak.Sekitar 30% material pohon adalah lignin yang berfungsi sebagai penyedia kekuatan fisik pohon, pelindung dari biodegradasi dan serangan mikroorganisme.Struktur yang kompleks dari lignin dengan berat molekul yang tinggi dan tidak larut dalm air membuat lignin sukar didegradasi.Oleh karena itu, degradasi lignin membutuhkan enzim ekstraseluler yang bekerja secara tidak spesifik.
Di alam terdapat tiga kelompok jamur yang dapat menguraikan komponen kayu (lognoselulosa) yaitu pelapuk cokelat (brown rot), pelapuk putih (white rot) dan pelapuk lunak (soft rot). Pengelompokkan jamur pelapuk ini didasarkan pada hasil proses pelapukan. Jamur pelapuk cokelat menghasilkan sisa hasil pelapukan yang berwarna cokelat sedangkan jamur pelapuk putih menghasilkan sisa pelapukan yang berwarna putih.Ketiga jenis jamur tersebut memiliki karakteristik
yang berbeda.Jamur pelapuk putih memiliki kemampuan mendegradasi lignin yang tinggi dengan sedikit mengakibatkan kehilangan selulosa.
Degradasi lignin oleh jamur pelapuk putih merupakan proses oksidatif. Enzim oksidatif merupakan enzim non-spesifik dan bekerja melalui mediator bukan protein yang berperan dalam degradasi lignin.Enzim pendegradasi lignin terdiri dari Lignin Peroksidase, Manganese Peroksidase dan Lakase. Adanya enzim ini akan mendegradasi lignin menjadi senyawa yang lebih sederhana .
Industri kertas di Indonesia pada umumnya menggunakan pengolahan pulp
secara kimia. Dengan pengelolaan secara kimia pasti menghasilkan limbah-limbah hasil industri, hal ini pasti akan mengakibatkan bertambahnya biaya pengolahan
pulp, karena sekitar 20% biaya investasi harus disediakan untuk mengelola limbah proses pengelolaan secara kimia.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah :
1. Mendapatkan jamur pelapuk putih yang terdapat pada kayu pinus yang sudah lapuk.
2. Menentukan isolat jamur pelapuk putih yang paling berpotensi pada proses
biolpulping yang didapat dengan mengukur aktivitas Enzim Lignin Peroksidase (LiP) pada jamur pelapuk putih yang diperoleh dari kayu pinus yang sudah lapuk.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini berguna untuk memperoleh isolat jamur pelapuk putih yang dapat dimanfaatkan sebagai pendegradasi lignin serta berpotensi dalam proses
ABSTRAK
PARLIN BASTIAN SIMANJUNTAK.Uji Potensi Fungi Pelapuk Putih Asal Batang Kayu Pinus (Pinus merkusii Jungh et de vriese) Sebagai Pendegradasi Lignin. Dibawah bimbingan EDY BATARA MULYA SIREGAR dan NELLY ANNA.
Lignin merupakan senyawa alami yang berfungsi sebagai penyusun dinding sel tumbuhan. Dalam proses pembuatan pulp, lignin merupakan senyawa yang susah didegradasi. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan jamur pelapuk putih yang terdapat pada kayu pinus yang sudah lapuk, menentukan isolat jamur pelapuk putih yang paling berpotensi pada proses biolpulping yang didapat dengan mengukur aktivitas Enzim Lignin Peroksidase (LiP) pada jamur pelapuk putih yang diperoleh dari kayu pinus yang sudah lapuk.Sampel kayu pinus lapuk diambil dari Taman Hutan Raya (Tahura) Berastagi. Uji Bavendamm dan uji aktivitas enzim ligninolitik mengasilkan 3 genus jamur yaitu Trametes sp. 1,
Trametes sp.2, dan Phanerochaete sp. Aktivitas enzim lignin peroksidase yang paling tinggi diperoleh pada isolat jamur Trametes sp. 1 sebesar 1,541 U/ml. Kata kunci : Kayu pinus, Fungi Pelapuk putih, Uji Bavendamm, enzim lignin peroksidase.
ABSTRACT
PARLIN BASTIAN SIMANJUNTAK.Test of potential White Root Fungi at
Rotten Pine Wood (Pinus merkusii jungh et de vriese ) as degrading lignin. Under supervised by EDY BATARA MULYA SIREGAR and NELLY ANNA.
Lignin is a natural compounds of plant that function for plant cell wall constituent. In pulp industries, lignin is compound which is hard to degradad. The purpose of this research is to get white rot fungi in the rotten pine wood, to determine potential of white rot fungi in biopulping process which obtained by measuring the activity of enzyme Lignin Peroxidase (LiP) at white rot fumgi which is obtain from the rotten pine wood. The sample of the rotten pine wood taken from Taman Hutan Raya (Tahura) Berastagi. Bavendamm and ligninolitic enzyme activities test have found three spesies fungi which are in genus Trametes sp.1, Trametes sp.2, and Phanerochaete sp. The highest activity of enzyme lignin peroxidase was produced by Trametes sp.1 fungi by the value is 1,541 U/ml.
Key word: Pine wood, White rot fungi, Bavendamm test, enzyme lignin peroxidase.