Karakteristik Bahan Baku Kayu Sengon (Paraserianthes falcataria (L.) Nielsen syn.)
Kayu sengon memiliki sifat-sifat yaitu sangat ringan, agak kasar, agak padat, berwarna putih segar tetapi makin menuju keteras kayu kadang-kadang berwarna agak kemerah-merahan. Kayu sengon termasuk dalam kelas kuat IV (Heyne, 1987). Tekstur kayu sengon agak kasar dan merata, arah seratnya lurus, bergelombang lebar atau berpadu. Permukaan kayunya agak licin dan mengkilap. Berat jenis kayu sengon berkisar antara 0,24-0,49 dengan rata-rata 0,33. Kayu yang masih segar berbau petai yang lambat laun hilang jika kayunya menjadi kering.
Kayu sengon termasuk kelas awet IV-V, sehingga daya tahannya terhadap serangan organisme perusak kayu adalah sangat rendah. Sifat kimia dari kayu sengon adalah kadar selulosa 49,4%, kadar lignin 26,8%, kadar pentosan 15,6%, kadar abu 0,6%, kadar silika 0,2% dan kadar ekstraktif larut alkohol-benzen 3,4% (Martawijaya et al., 1989).
Kayu Meranti (Shorea spp.)
Martawijaya et al. (1989) menyatakan bahwakayu meranti merah memiliki warna kayu teras bervariasi dari hampir putih, coklat pucat, merah jambu, merah muda, merah kelabu, merah-coklat muda dan merah sampai merah tua atau coklat tua. Kayu gubal berwarna lebih muda dan dapat dibedakan dengan jelas dari kayu teras, berwarna putih, putih kotor, kekuning-kuningan atau kecoklat-coklatan sangat muda, biasanya kelabu. Memiliki tekstur kayu dari agak kasar sampai kasar dan merata. Arah seratnya agak berpadu, kadang hampir lurus,
bergelombang atau sangat berpadu. Permukaan kayunya agak licin sampai licin dan agak mengkilap.
Kayu meranti merah mempunyai gambaran berupa pita pada bidang radialnya dan juga terdapat gambaran jari-jari yang kurang jelas. Rata-rata berat jenis kayu meranti merah bervariasi menurut jenisnya dari 0,40-0,77. Kelas kuat berkisar antara II-IV. Kelas awetnya secara umum termasuk dalam kelas III-IV. Sifat kimia dari kayu meranti merah adalah kadar selulosa 49,6-56,1%, kadar pentosan 8,2-24,21%, kadar abu 0,24-0,86%, kadar silika 0,06-0,86% dan kadar ekstraktif larut alkohol-benzen 0,6-5,39% (Martawijaya et al., 1989). Sedangkan kadar lignin berkisar antara 24,48-30% (Syafii et al., 1988).
Kayu Jati (Tectona grandis LINN.f.)
Kayu jati termasuk kayu mewah dengan kelas kuat II dan mempunyai nilai dekoratif yang indah. Lingkaran tahun tampak jelas karena adanya perbedaan kayu awal dan kayu akhir. Stabilisasi dimensinya baik sehingga sesuai untuk keperluan bahan baku industri meubel, rangka pintu dan jendela, panel pintu serta vinir indah (Mandang dan Pandit, 1997).
Warna kayu teras jati adalah coklat muda, kelabu sampai coklat-merah tua atau coklat-merah coklat. Warna kayu gubalnya adalah putih atau kelabu kekuning-kuningan. Tekstur kayu agak kasar dan tidak merata. Arah serat lurus atau kadang-kadang agak terpadu. Permukaan kayu licin atau agak licin, bahkan terkadang seperti berminyak. Kayu jati berbau bahan penyamak yang mudah hilang. Berat jenis berkisar antara 0,62-0,75 dengan rata-rata 0,67. Kayu jati termasuk kelas awet II dan dilaporkan sangat tahan terhadap serangan jamur. Sifat kimia dari kayu jati adalah kadar selulosa 47,5%, kadar lignin 29,9%, kadar pentosan 14,4%, kadar abu 1,4%, kadar silika 0,4% dan kadar ekstraktif larut alkohol-benzen 4,6% (Martawijaya et al., 1989).
Kimia Kayu
Komponen kimia utama penyusun kayu adalah selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Gambaran yang disederhanakan menunjukkan bahwa selulosa membentuk kerangka yang dikelilingi oleh senyawa-senyawa lain yang berfungsi sebagai matriks (hemiselulosa) dan bahan-bahan yang melapisi (lignin) (Gambar 1) (Kirk dan Cullen,1998). Selain itu pada beberapa spesies terdapat juga komponen kimia yang lain yang disebut ekstraktif. Ekstraktif terendap pada rongga sel kayu selama pembentukan kayu teras. Pada spesies kayu yang berbeda, jenis dan komposisi masing-masing komponen kayu tersebut juga berbeda.
Gambar 1. Skema dinding sel kayu dan hubungan lignin, selulosa dan hemiselulosa dalam dinding sekunder. M.L: lamella tengah, P: dinding primer, S1: dinding sekunder 1,
S2: dinding sekunder 2, S3: dinding sekunder 3 (Kirk dan Cullen,1998)
Selulosa
Selulosa merupakan konstituen utama kayu. Kurang lebih 40-45% bahan kering kayu (baik kayu daun jarum maupun kayu daun lebar), terutama di dinding sekunder terdiri dari selulosa. Dalam dinding sel kayu, selulosa berfungsi untuk memberikan kekuatan (Sjostrom, 1995).
Selulosa adalah polimer rantai panjang yang tersusun dari monomer β -D-glukosa dalam bentuk piranosa yang bersatu dengan menggunakan ikatan β
-1,4-glikosida. Ikatan β menunjukkan bahwa tiap unit glukosa membentuk rotasi 180o. Perputaran ini menyebabkan selulosa memiliki simetrisitas yang tinggi.
Pasangan antara molekul selulosa yang berdekatan terjadi karena ikatan hidrogen dan gaya Van der Waals menghasilkan susunan paralel sejajar dan struktur kristalin (Gambar 2B)(Zhang dan Lynd, 2004). Molekul-molekul selulosa seluruhnya berbentuk linier dan memiliki kecenderungan membentuk ikatan -OH intramolekul (antara monomer glukosa dalam 1 rantai selulosa yang sama) dan intermolekul (antara monomer glukosa dari 2 rantai selulosa yang berdekatan). Pada kedua ujung rantai selulosa terdapat gugus OH tetapi dengan perilaku yang berbeda. Gugus C1-OH adalah gugus hidrat aldehida yang mempunyai sifat pereduksi, sedangkan gugus OH pada akhir C4 merupakan gugus hidroksil alkohol yang bersifat non pereduksi (Fengel dan Wegener, 1995).
Gambar 2. A. Struktur selulosa dengan pengulangan unit selobiosa (Atalla, 1999). B. Selulosa kristalin (Mosier et al., 1999 dalam Zhang dan Lynd, 2004).
Derajat polimerisasi atau banyaknya monomer β-D-glukosa yang menyusun 1 rantai selulosa pada kayu adalah 7.000-10.000 (Goldstein, 1981). Secara tepat unit ulangan dari rantai selulosa adalah unit selobiosa dengan ukuran panjang 1,04 nm dan lebar 0,54 nm (Gambar 2A). Ikatan intermolekul menggabungkan antar rantai selulosa sehingga terbentuk mikrofibril. Gabungan dari mikrofibril
A B 1,04 nm OH HO HO HO O O OH HO HO OH HO HO O OH OH OH HO
membentuk makrofibril dan gabungan dari makrofibril akhirnya membentuk dinding sel kayu. Mikrofibril selulosa dalam kayu mengandung kurang lebih 40 rantai selulosa dan mempunyai daerah kristalin kurang lebih 100-150 unit selobiosa yang dipisahkan oleh sedikit daerah amorfous (Atalla, 1999).
Ikatan-ikatan glikosida dalam selulosa terlarut atau amorf mudah dihidrolisis oleh semua tipe asam dan hidrolisis enzimatis. Tetapi dalam prakteknya terdapat 2 hambatan umum pada hidrolisis selulosa dari serbuk kayu yaitu karena adanya kandungan lignin di dalam kayu sebagai bahan lignoselulosa dan karena adanya struktur kristalin dari selulosa (Fengel dan Wegener, 1995). Hubungan antara struktur selulosa dengan laju hidrolisis enzim telah dipelajari secara ekstensif tetapi belum terbentuk suatu pemahaman yang menyeluruh. Struktur selulosa biasanya dipertimbangkan sebagai faktor yang mempengaruhi laju hidrolisis, antara lain termasuk di dalamnya yaitu: indek kristalinitas, derajat polimerisasi dan asesibilitas area (Zhang dan Lynd, 2004).
Hemiselulosa
Hemiselulosa adalah rantai polimer bercabang dari berbagai jenis monomer (monosakarida) yang berbeda atau sering disebut heteropolimer. Monomer-monomer hemiselulosa antara lain D-glukosa, D-manosa, D-galaktosa, D-xilosa, L-arabinosa dan sedikit L-ramnosa. Kebanyakan hemiselulosa mempunyai derajat polimerisasi 100-200 (Sjostrom, 1995).
Goldstein (1981) menyatakan bahwa prosentase hemiselulosa di dalam kayu daun lebar kurang lebih adalah 30%, sedangkan pada kayu daun jarum adalah 25%. Komposisi jenis hemiselulosa antara kayu daun lebar dan kayu daun jarum juga berbeda. Hemiselulosa utama dalam kayu daun lebar adalah xilan. Xilan merupakan suatu homopolimer yang tersusun dari xilosa sebagai rangka dasar dan asam turunan asam uronat pada cabang rantai tiap 10 satuan
xilosa, selain itu pada cabang rantai juga terdapat arabinosa (Gambar 3A). Pada hemiselulosa kayu daun lebar kandungan manan hanya terdapat dalam jumlah kecil. Galaktoglukomanan merupakan hemiselulosa pokok pada kayu daun jarum (kurang lebih 20%). Struktur tulang punggungnya tersusun atas glukopiranosa dan manopiranosa dengan ikatan β-1,4-glikosida (Gambar 3B).
Gambar 3. A. Struktur O-asetil-4-O-metilglukoronoksilan (hemiselulosa utama di kayu daun lebar). B. Struktur O-aselilgalaktoglukomanan (hemiselulosa utama pada kayu daun
jarum) (Kirk dan Cullen, 1998)
Hemiselulosa merupakan matriks penggabung antar mikrofibril selulosa dalam dinding sel kayu. Hemiselulosa juga bersifat tidak mudah larut di dalam air, akan tetapi dapat larut dalam basa kuat. Hemiselulosa lebih mudah terhidrolisis dalam asam dibanding selulosa, hal ini karena struktur hemiselulosa yang amorfous dan derajat polimerisasinya yang lebih rendah dibanding selulosa (Lewin dan Goldstein, 1991).
A B O OH HO CH2OH OR OR CH2O O HO HO CH2OH HO O OR OR CH2OH OR OR O O O O HO HO CO2H H3CO O OR HO OR HO O OR HO O
Lignin
Lignin adalah suatu kompleks polimer 3 dimensi yang diproduksi secara in vivo oleh enzim penginisiasi polimerisasi dehidrogenatif dari 3 monomer fenilpropana, yaitu p-hidroksilamin alkohol, koniferil alkohol dan sinapil alkohol. Polimer lignin terbentuk melalui ikatan eter yang terdiri dari unit-unit fenilpropana yang saling bergabung (Gambar 4). Biosintesis lignin dari unit fenilpropana dinyatakan secara umum sebagai polimerisasi dehidrogenatif. Kompleks polimer lignin berperan sebagai pemberi kekuatan fisik, pertahanan terhadap serangan mikrobia dan pertahanan terhadap permeabilitas air ke matrik polisakarida dinding sel tumbuhan (Whetten et al., 1998).
Prekursor lignin yaitu p-coumaryl alkohol, koniferyl alkohol and sinapyl alkohol tersusun atas sebuah cincin aromatic dan 3 karbon rantai samping. Prekursor tersebut kemudian membentuk 3 tipe subunit yaitu hydroxyphenol- (H-type), guaiacyl- (G-type) and syringyl subunits (S-type) (Gambar 5). Suatu hal yang khas yang ditemukan pada polimer lignin adalah tidak ada ikatan dari satu jenis subunit penyusun yang berulang. Polimer lignin tersusun atas distribusi secara acak dari tiap-tiap subunit, dengan kurang lebih membentuk 10 macam tipe katan yang berbeda. Jenis ikatan yang paling banyak ditemukan adalah ß-aryl ether (ß-O-4) (Gambar 6).
Gambar 5. Struktur kimia 3 subunit penyusun lignin (Lankinen, 2004)
Gambar 6. Ikatan ß-aryl ether pada lignin kayu (Jeffries, 1994)
Lignin tahan terhadap degradasi oleh sebagian besar mikroorganisme. Meskipun demikian, jamur tertentu mampu menguraikan lignin secara selektif. Karena strukturnya yang kompleks dan jenis ikatan pada lignin bersifat tahan terhadap air, maka hal ini menyebabkan lignin menjadi sulit didegradasi. Masa molekul lignin adalah 100 kDa atau lebih, hal ini dapat mencegah masuknya sel
Koniveril alkohol
mikrobial seperti jamur. Oleh karena itu biodegradasi lignin biasanya terjadi melalui aktivitas enzim ekstraseluler dari organisme pendegradasi lignin.
Menurut Campbell and Sederoff (1996) kandungan struktur dan komposisi lignin bervariasi pada populasi tanaman spesies tertentu. Gimnospermae (kelompok kayu daun jarum), mempunyai lignin yang subunit penyusun utamanya adalah guaiasil (> 90%) dengan sedikit p-hydroxyphenyl yang tidak termetoksilasi. Tipe lignin dari angiospermae (kelompok kayu daun lebar) adalah lignin guaiasil-siringil, yang terbentuk dari ko-polymerisasi koniferil and sinapil alkohol. Lignin rumput-rumputan tersusun atas subunit siringil, guaiasil dan p-hydroxyphenyl dengan perbandingan komposisi berturut-turut 40% : 40% : 20% (Stenius, 2000).
Prosentase lignin pada kayu daun lebar kurang lebih adalah 20%, dan lebih banyak dijumpai jenis lignin guaiasil-siringil dengan nisbah bervariasi dari 4:1 hingga 1:2 (Sjostrom, 1995). Kayu daun lebar dengan kandungan lignin siringil yang lebih banyak (perbandingan siringi:guaiasil (S/G rasio) yang tinggi) mempunyai laju delignifikasi yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan kayu daun lebar yang sedikit mengandung lignin siringil (S/G rasio yang rendah). Kayu sengon mempunyai nilai S/G rasio sebesar 2,03 sedangkan kayu meranti mempunyai nilai S/G rasio sebesar 1,87 (Syafii, 2001).
Kompleks Lignin Karbohidrat
Lignin umumnya tidak pernah ditemukan dalam bentuk sederhana diantara polisakarida-polisakarida dinding sel, tetapi selalu tergabung atau berikatan dengan polisakarida tersebut. Bentuk kompleks lignin karbohidrat (
Lignin-carbohydrate complexes (LCCs)) adalah beraneka ragam berbeda-beda pada
setiap jenis tanaman. Lignin secara langsung ataupun tidak langsung berikatan kovalen dengan karbohidrat (Jeffries, 1994).
Kurang lebih 100 unit glukan selulosa bergabung menjadi serat elementari dengan lebar daerah kristalin 4-5 nm, dan sekitar 40 serat elementari ini tertanam dalam matrik hemiselulosa membentuk mikrofibril dengan ketebalan 7-30 nm. Selanjutnya proses lignifikasi terjadi pada bagian akhir proses pembentukan serat alami, sehingga lignin terletak terutama pada bagian luar mikrofibril dengan ikatan kovalen dengan hemiselulosa (Zhang dan Lynd, 2004).
Interaksi antara lignin dengan polisakarida lebih dipengaruhi oleh ikatan kimia daripada bentuk-bentuk asosiasi seperti ikatan hidrogen, gaya Van der Waals dan khemosopsi (Fengel dan Wegener, 1984). Ikatan kimia yang bersifat stabil yang paling banyak ditemukan pada kompleks lignin karbohidrat adalah ikatan ester. Ikatan ester terjadi antara gugus karboksil bebas dari asam uronik pada hemiselulosa dan gugus benzil pada lignin (Jeffries, 1994). Jenis ikatan lain yang ditemukan pada kompleks lignin karbohidrat adalah ikatan eter dan glikosida.
Gambar 7. A. Penggabungan materi lignoselulosa membentuk struktur mikrofibril (Klein and Snodgrass, 1993 dalam Zhang dan Lynd, 2004). B. Struktur ikatan ester antara lignin dengan arabino-4-O-methilglucomonoxylan pada Pinus (Watanabe dan Koshijima,
1988 dalam Jeffries, 1994b)
Ekstraktif dan Abu
A B 4-O-Me-glucoronic a-(1-3)-L-arabinosa HOCH2 CH O C CH O CH2O O HO O OH HO O HO O OH HO OH HO O OH H2C OH OH OH O CH2O HO OH O CH2O O O ß-(1-4)-D-xylan
Zat ekstraktif terdiri dari berbagai jenis komponen senyawa organik seperti minyak yang mudah menguap, terpen, asam lemak dan esternya, lilin, alkohol polihidrik, mono dan polisakarida, alkaloid, dan komponen aromatik (asam, aldehid, alkohol, dimer fenilpropana, stilbene, flavanoid, tannin dan quinon). Zat ekstraktif adalah komponen diluar dinding sel kayu yang dapat dipisahkan dari dinding sel yang tidak larut menggunakan pelarut air atau organik (Lewin dan Goldstein, 1991). Kayu teras secara khas mengandung zat ekstraktif jauh lebih banyak dari pada kayu gubal. Kandungan zat ekstraktif dalam kayu biasanya kurang dari 10% (Sjostrom, 1995).
Kandungan dan komposisi zat ekstraktif berubah-ubah diantara spesies kayu, dan bahkan terdapat juga variasi dalam satu spesies yang sama tergantung pada tapak geografi dan musim. Sejumlah kayu mengandung senyawa-senyawa yang dapat diekstraksi yang bersifat racun atau mencegah bakteri, jamur dan rayap. Selain itu zat ekstraktif juga dapat memberikan warna dan bau pada kayu (Fengel dan Wegener, 1995).
Kayu juga mengandung komponen-komponen anorganik. Komponen ini diukur sebagai kadar abu yang jumlahnya jarang melebihi 1% dari berat kering kayu. Abu ini berasal terutama dari berbagai garam yang diendapkan dalam dinding sel dan lumen (Sjostrom, 1995). Fengel dan Wegener (1995) menyatakan bahwa komponen abu utama dalam kayu adalah Ca (hingga 50%), K dan Mg, yang diikuti oleh Mn, Na, P dan Cl. Selain itu juga masih terdapat unsur-unsur lain yang disebut sebagai unsur runut dengan konsentrasi di dalam kayu tidak lebih dari 50 ppm.
Mineral tidak hanya terikat dalam diding sel tetapi juga diendapkan dalam rongga sel parenkim dan dalam serat libriform. Endapan mineral kebanyakan terdiri atas kalsium karbonat, kalsium oksalat dan silikat yang mempunyai bentuk yang berbeda-beda. Kristal yang muncul dalam kayu setelah terserang oleh
jamur atau bakteri disebabkan oleh hasil metabolik mikroorganisme tersebut (Fengel dan Wegener, 1995).
Jamur Phanerochaete chrysosporium Burdsall.
Jamur Phanerochaete chrysosporium Burdsall. termasuk dalam kelompok jamur pelapuk putih (white-rot fungi), dan merupakan jamur kelas Basidiomisetes
yang juga menyerang holoselulosa, namun pilihan utamanya adalah lignin. Sistematika dari jamur ini selengkapnya adalah kelas Basidiomycetes, sub kelas
Holobasidiomycetes I atau Hymenomycetes I, ordo Aphylophorales, famili
Certiciaceae, genus Phanerochaete dan spesies Phanerochaete chrysosporium
Burdsall (Crawford, 1981).
Jamur ini dapat tumbuh pada suhu optimum 39oC dan maksimum pada suhu 50oC. Laju pertumbuhan pada media agar ekstrak malt pada suhu 25oC adalah 15-20 mm per hari, sedangkan pada suhu 40oC adalah 35-42 mm per hari. Toleransi yang baik terhadap suhu tinggi dan kemampuannya untuk memproduksi spora dalam jumlah besar dari jenis jamur ini menyebabkan perlunya perhatian khusus bila digunakan dalam laboratorium. Merupakan jenis pembusuk putih yang istimewa sehingga banyak dipelajari dan telah digunakan secara komersial pada proses biopulping (Eaton dan Hale, 1993). Singh dan Roymoulik (1996) melaporkan bahwa kemampuan P. chrysosporium dalam mendegradasi lignin dapat mencapai 7% hingga 30% tergantung dari jenis lignin dan waktu inkubasi. Sedangkan hasil penelitian Widjaja et.al. (2000) adalah biodelignifikasi menggunakan P chrysosporium pada kayu memberikan derajat delignifikasi yang lebih tinggi dibanding pinus. Delignifikasi tertinggi 55,02% diperoleh pada hari ke-30 inkubasi pada sengon menggunakan media okara penyangga yang diperkaya dengan media nitrogen terbatas.
Kemampuan jamur dalam mendegradasi lignin disebabkan karena adanya enzim ekstraseluler yang disekresikan oleh hifa jamur. Menurut Eaton dan Hale (1993) berbagai enzim yang berperan dalam proses degradasi lignin yang disekresikan oleh jamur pelapuk putih adalah lignin peroksidase (LiP), mangan peroksidase (MnP), lakase, demetoksilase, H2O2-generating enzyme dan enzim pendegradasi monomer seperti selobiosa dehidrogenase, asam vanilat hidrolase dan trihidroksi benzen dioksigenase. Namun enzim lignolitik yang utama adalah lignin peroksidase (LiP), mangan peroksidase (MnP) dan lakase. Hasil penelitian Koker et al. (1998) pada berbagai strains P.chrysosporium, menunjukkan bahwa
P.chrysosporium mempunyai aktivitas MnP bervariasi antara 0,059-0,180 U/g medium, aktivitas LiP antara 0,019-0,072 U/g medium, dan aktivitas GLOX (glyoxal oksidase) antara 0,013-0,042 U/g medium.
Gambar 8. Skema penyerangan lignin oleh enzim jamur Phanerochaete chrysosporium
Reaksi Degradasi Lignin Oleh Jamur
Proses degradasi lignin oleh jamur dapat dibagi menjadi 2 tipe, yaitu tipe prefensi dan tipe simultan. Jamur tipe prefensi akan mendegradasi lignin terlebih dahulu sebelum menguraikan hemiselulosa dan selulosa, sedangkan jamur tipe simultan mampu mendegradasi selulosa, hemiselulosa dan lignin pada waktu dan kecepatan yang sama (Eaton dan Hale, 1993). Mekanisme reaksi delignifikasi enzimatik dijelaskan lebih rinci oleh Hattori dan Shimada (2001), yaitu: ligninase dari Phanerochaete chrysosporium (kemudian disebut peroxidase) mengkatalis pemutusan ikatan Ca-Cß lignin melalui mekanisme oksidasi satu elektron menghasilkan produk aldehid aromatik dan phenylglycol. Pemutusan selanjutnya adalah ikatan Cß-eter, pembelahan cincin aromatik lignin dan pemutusan ikatan Ca-Cß lignin karbohidrat kompleks. Fengel dan Wegener (1995) juga menyatakan bahwa reaksi-reaksi pemecahan menghasilkan senyawa monomer dan dimer yang kebanyakan mengandung gugus karboksil. Pemecahan cicin aromatik adalah dimaksudkan agar senyawa-senyawa degradasi lignin tersebut dapat masuk ke dalam metabolisme internal jamur. Monomer-monomer lain yang ditemukan sebagai hasil degradasi jamur adalah asam vanilat dan asam veratrat. Skema degradasi lignin oleh jamur pembusuk putih disajikan pada Gambar 9.
Gambar 9. Skema lignolitik dari jamur pembusuk putih (Kirk dan Cullen, 1998) Zabel dan Morrell (1992) menyatakan bahwa hasil analisis dari lignin sisa degradasi oleh jamur pelapuk putih mengindikasikan hilangnya gugus metoksil dan peningkatan kadar oksigen dan hidroksil. Perubahan struktur utama dari lignin meliputi:
1. Demetilasi
2. Oksidasi dari a atom karbon
3. Pembelahan dari rantai samping antara a dan ß karbon dari unit phenyl propane C CH2 OCH3 O C CH2 OCH3 O C CH2 C O O C O O + C — C OCH3 OH
4. Hidroksilasi dan dioksigenasi pembelahan cincin aromatic
5. Pembelahan langsung dari aryl gliserol-ß-aryl ether
Kapang Trichoderma viride Person and Fries.
Trichoderma viride Person and Fries. adalah kapang yang termasuk dalam genus trichoderma, famili monialiaceae, ordo moniales dan kelas fungi imperfecti. Kapang trichoderma mempunyai cirri-ciri spesifik antara lain: miselium bersekat, bercabang banyak, konidiospora berseptat dan cabang paling ujung berfungsi sebagai sterigma, konidia berwarna hijau cerah dan bergerombol menjadi satu membentuk bola, serta berkas-berkas hifa berwarna putih terlihat menonjol jelas diatas konidiospora (Waluyo, 2004).
T.viride merupakan salah satu jamur pelapuk lunak yang memproduksi komplek enzim selulase yang lengkap yaitu endoselulase dan eksoselulase yang dapat memutus selulosa kristalin. Penelitian mengenai pemisahan komplek
C = C CH2 OCH O C C C = O OCH3 OH OH C = O C CH2 OH OCH3 O H O OCH3 HO OCH3 O2 O2 O OH O O C C = O C O C
enzim selulase dari T.viride menunjukkan bahwa terdapat bermacam-macan endoglukanase antara lain EG I dan EG II, dan eksoglukanase yaitu antara lain selobiohidrolase, CBH I dan CBH II. Hal ini menunjukkan bahwa T.viride memiliki kemampuan untuk mendegradasi selulosa kristalin dan selulosa non kristalin. Pada enzim selulase T.viride dapat terjadi sinergisme, bukan hanya antara endoselulase dengan eksoselulase, melainkan juga antar eksoselulase (Eaton dan Hale, 1993).
Karakteristik enzim selulase dari T.viride adalah memiliki pH optimum 4 dan akan tetap stabil pada pH antara 3-7. Suhu optimum adalah 50oC dan aktivitasnya akan menurun bila suhunya lebih dari 50oC. Berat molekul endoselulase yang dihasilkan oleh T.viride adalah 42000 dalton, eksoselulase 61000 dalton dan C1 (enzim yang mendegradasi struktur selulosa kristalin) sebesar 60000 dalton (Fengel dan Wegener, 1995). Aktivitas enzim selulase dari
T.viride tipe QM6a adalah sebesar 2,6 U/mg sedangkan T.viride tipe QM9123 adalah sebesar 5 U/mg (Mandels et al., 1971).
Selain memproduksi enzim selulase, T.viride juga menghasilkan enzim endo-1,4-β-xilanase yang dapat mendegradasi xilan. Berat molekul enzim xilanase yang dihasilkan oleh T.viride adalah sebesar 22000 dalton (Ujiie et al., 1991).
Yeast Saccharomyces cerevisiae Meyen ex Hansen.
Yeast atau khamir Saccharomyces cerevisiae biasa digunakan untuk membuat roti, anggur dan bir. S. cerevisiae termasuk kedalam kelas Ascomycetes yang dicirikan dengan pembentukan askus yang merupakan tempat dihasilkannya askospora. S. cerevisiae memperbanyak diri secara aseksual dengan bertunas (Pelczar dan Chan, 1986). Dinding sel
saccharomyses terdiri dari komponen-komponen glukan, mannan, protein, khitin dan lemak (Waluyo, 2004). Boyles (1984) menyatakan bahwa untuk setiap mol glukosa yang dikonsumsi, S. cerevisiae menghasilkan entalpi katabolisme sebesar –31 Kkal, energi bebas dari hidrolisis ATP (2 mol) sebesar –14,6 Kkal dan entalpi untuk sintesis selnya hanya 0,23 Kkal. Entalpi dari metabolisme sebagian besar dihabiskan pada aliran keluar entropy dan hanya sedikit yang digunakan untuk sintesis materi sel.
Saccharomyces cerevisiae sangat tahan dan toleran terhadap kadar etanol yang tinggi. Akan tetapi adanya kandungan furaldehid, asam organik dan komponen fenolik (hasil samping hidrolisis asam selulosa) dapat menghambat pertumbuhan S. cerevisiae, bahkan kandungan yang tinggi dari furaldehid, furfural dan 5-hidroksimetil-furfural dapat bersifat meracuni (Brandberg et al., 2004). Hasil penelitian Samsuri et al. (2005) pada fermentasi bagase yang diberi perlakuan awal steam dan penjamuran dengan menggunakan S. cerevisiae
dapat menghasilkan etanol sebanyak 15,4 g/l.
Rendemen alkohol dari hexosa dalam fermentasi menggunakan yeast dari genus Saccharomyces (pada kondisi yang optimal) dapat mencapai 90% (Boyles, 1984). Hal yang menarik dari proses fermentasi oleh Saccharomyces adalah pengubahan sebagian besar energi dari gula ke dalam bentuk etanol. Efisiensi pengubahan energi tersebut dapat mencapai 97% (Cambel, 1983). Selain yeast S. cerevisiae, bakteri Zymomonas mobilis juga merupakan salah satu bakteri yang efektif dalam fermentasi etanol, akan tetapi rendemen etanol yang dihasilkan masih lebih sedikit dibanding yeast karena bakteri tersebut juga menghasilkan sejumlah produk lain seperti asetat, laktat dan gliserol.
Proses sakarifikasi fermentasi simultan adalah proses kombinasi antara hidrolisis selulosa secara enzimatik dengan fermentasi gula yang berkelanjutan sehingga menghasilkan produk akhir berupa etanol. Tahapan-tahapan dalam proses sakarifikasi fermentasi simultan adalah sama dengan tahapan pada