BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Lignin Klason
Lignin Klason merupakan residu reaksi hidrolisis kayu yang mendegradasi dan melarutkan polisakarida kayu dengan menggunakan asam sulfat 72% (Yasuda
et al. 2001). Kadar lignin Klason pada empat belas jenis kayu daun lebar beragam
berkisar 17,55-32,87% (Gambar 2). Perbedaan kadar lignin Klason terjadi bukan hanya antar jenis kayu, tetapi juga pada posisi sampel kayu yang berbeda. Perbedaan kadar lignin Klason antara sampel kayu dekat empulur dengan jaringan kayu pada batang terluar (kayu gubal) bisa disebabkan perbedaan umur jaringan kayu atau adanya kayu juvenil.
Kayu juvenil memiliki beberapa karakteristik yang menyerupai kayu reaksi, sehingga kayu juvenil seringkali dikaitkan dengan kayu reaksi (Zobel & Sprague 1998). Kayu reaksi yang dibentuk pada kayu daun lebar berbeda dengan kayu reaksi yang dibentuk pada kayu daun jarum. Kayu reaksi yang dibentuk pada jenis kayu daun lebar dinamakan kayu reaksi tarik, sedangkan kayu reaksi yang dibentuk pada jenis kayu daun jarum disebut sebagai kayu reaksi tekan (Haygreen & Bowyer 1989). Kayu tarik salah satunya dicirikan dengan kadar lignin yang lebih rendah dibandingkan dengan kayu normal, sebaliknya kayu reaksi tekan memiliki kadar lignin yang lebih tinggi dibanding kayu normal.
Pada pertumbuhan kayu normal, umumnya kayu juvenil dari jenis kayu daun lebar memiliki kadar lignin yang lebih rendah dibandingkan dengan kayu yang dibentuk pada umur dewasa. Hal ini sebagai akibat terbentuknya kayu reaksi pada daerah sekitar empulur. Jenis kayu yang memiliki jaringan kayu juvenil yang menyerupai sifat kayu reaksi seperti yang terdapat pada kayu sampang, api-api, nangka, kupa, durian, kweni, dan jambu air, memiliki kadar lignin Klason bagian kayu dekat empulur lebih rendah dibandingakan dengan bagian kayu gubal dekat kulit. Pada saat pohon berumur muda dengan ukuran batang yang relatif kecil, akan sangat rentan terhadap pengaruh mekanis eksternal yang memicu terbentuknya kayu reaksi.
Gambar 2 Kadar lignin Klason kayu pada jenis kayu dan bagian kayu yang berbeda.
Pada beberapa jenis kayu lain yang diteliti, bagian kayu gubal memiliki kadar lignin Klason yang lebih rendah dibanding kayu juvenilnya. Salah satu kemungkinan penyebabnya adalah terjadinya pertumbuhan yang tidak normal yang menyebabkan terbentuknya jaringan kayu reaksi yang lebih parah pada bagian kayu gubal terluar. Akiyama et al. (2003) menemukan bahwa jaringan kayu reaksi tarik yang menerima beban eksternal lebih besar memiliki kadar lignin yang lebih rendah. Kondisi ini dapat terjadi misalnya pada pohon yang tumbuh miring, bengkok atau tumbuh pada lahan yang miring.
4.2 Lignin Terlarut Asam (Acid Soluble Lignin)
Lignin terlarut asam merupakan bagian lignin yang terlarut dalam filtrat pada saat penentuan lignin. Lignin terlarut asam disusun dari dua komponen yaitu hasil degradasi lignin dan pembentukan material hidrofilik sekunder seperti senyawa lignin karbohidrat (Yasuda et al. 2001). Lignin terlarut asam merupakan salah satu faktor penting dalam menentukan kandungan total lignin khususnya pada jenis kayu daun lebar.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 Kupa Jam bu air Duri an Nangk a Ram but an Kw eni Kluw ih Pet ai Sam pang Randu Lam toro Pal a Kec api Api -api Jenis kayu L ig n in K la so n ( % )
Lignin terlarut asam pada empat belas jenis kayu yang diteliti memiliki nilai yang beragam baik antar jenis kayu yang berbeda maupun berdasarkan perbedaan posisi kayu dalam batang yang sama (Gambar 3). Kadar lignin terlarut asam tertinggi dihasilkan pada jenis kayu kecapi dengan nilai 4,40%, sedangkan kadar lignin terlarut asam terendah dihasilkan pada jenis kayu kupa dengan nilai 1,13%. Kadar lignin terlarut asam ini sesuai dengan hasil-hasil penelitian sebelumnya yang dilaporkan oleh Fengel & Wegener (1984), bahwa jenis kayu daun lebar memiliki jumlah lignin terlarut asam sekitar 4%, lebih tinggi dibandingkan dengan kayu daun jarum yang hanya sekitar 1% atau kurang. Sementara itu Dence (1992), melaporkan bahwa pada jenis kayu daun lebar memiliki kadar lignin terlarut asam yang lebih tinggi dari (3-5%), dan untuk jenis kayu daun jarum berkisar antara (0,2-0,5%).
Gambar 3 Kadar lignin terlarut asam pada jenis kayu dan bagian kayu yang berbeda.
Lignin kayu daun lebar terutama disusun oleh unit siringil dan guaiasil, sedangkan kayu daun jarum terutama disusun oleh unit guaiasil dengan tambahan sedikit p-hidroksifenil. Komposisi monomer penyusun lignin yang berupa unit siringil dianggap bertanggung jawab pada pembentukan lignin terlarut asam selama prosedur lignin Klason. Keberadaan unit siringil diduga sebagai penyebab lebih tingginya lignin terlarut asam pada jenis kayu daun lebar dibandingkan
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 Kupa Jam bu air Duri an Nangk a Ram but an Kw eni Kluw ih Pet ai Sam pang Ra ndu Lam toro Pal a Kec api Api -api Jenis Kayu L ig n in T e rl a ru t A sa m ( % )
dengan kayu daun jarum yang tidak memiliki unit siringil pada ligninnya. Hasil penelitian Matsushita et al. (2004) menunjukkan bahwa jenis kayu daun lebar yang memiliki kandungan metoksil yang tinggi menghasilkan kadar lignin terlarut asam yang tinggi pula, dan kadar metoksil ini berkaitan erat dengan adanya unit siringil di dalam lignin kayu (Obst 1982, Akiyama et al. 2005).
Berdasarkan perbedaan reaktifitas monomer penyusun lignin Matsushita et
al. (2004), pada saat penentuan lignin Klason, unit guaiasil akan terdegradasi pada
asam sulfat 72% dan akan segera mengalami rekondensasi satu sama lain membentuk produk berbobot molekul tinggi dalam bentuk fraksi padatan, sehingga kontribusi unit guaiasil terhadap pembentukan lignin terlarut asam diduga kecil. Oleh karena itu, jenis kayu daun jarum yang ligninnya tersusun oleh unit guaiasil lignin akan menghasilkan kadar lignin terlarut asam yang rendah. Sementara itu, unit siringil selain mangalami rekondensasi dengan unit lignin yang lain, juga membentuk kompleks dengan polisakarida. Lignin karbohidrat kompleks ini kemudian akan mengalami degradasi karbohidrat lebih lanjut pada kondisi asam sulfat 3% panas menyisakan lignin-karbohidrat yang terlarut dalam filtrat. Produk lignin karbohidrat kompleks berbobot molekul rendah inilah bersama dengan produk degradasi lignin lainnya yang terdeteksi dengan UV spektrometer sebagai lignin terlarut asam. Matsushita et al. (2007) memperkuat hipotesis tersebut dan menyatakan bahwa salah satu pembeda antara jenis kayu daun jarum dengan jenis kayu daun lebar adalah adanya unit siringil pada lignin jenis kayu daun lebar yang menghasilkan lignin terlarut asam lebih tinggi selama proses hidrolisis asam.
4.3 Proporsi Lignin Terlarut Asam terhadap Kadar Lignin Total
Kadar lignin total pada kayu, khususnya pada jenis kayu daun lebar merupakan penjumlahan antara lignin Klason dengan lignin terlarut asam. Kadar lignin total jenis kayu yang diteliti berkisar antara 22,53-33,26%. Berdasarkan rataan kadar lignin bagian kayu juvenil dan kayu gubal untuk tiap jenis kayu, ada kecenderungan jenis kayu berkadar lignin Klason semakin rendah memiliki kadar lignin terlarut asam yang semakin tinggi (Gambar 4).
Gambar 4 Kecenderungan kadar lignin Klason dan kadar lignin terlarut asam (Acid-soluble lignin, ASL) pada jenis kayu daun lebar.
Berdasarkan mekanisme pembentukan lignin terlarut asam yang disampaikan oleh Matsushita et al. (2004), maka ada kemungkinan bahwa jenis kayu dengan kadar lignin total yang hampir sama dapat memiliki reaktifitas yang berbeda, yang ditunjukkan oleh perbedaan kadar lignin terlarut asamnya. Hal ini menjawab gejala yang sering ditemukan pada reaksi delignifikasi dalam proses pulping, dimana jenis kayu dengan kadar lignin yang hampir sama tetapi memiliki kemudahan proses pulping yang berbeda.
Kadar lignin terlarut asam tidak bisa diabaikan pengaruhnya terhadap kadar lignin total dalam jenis kayu daun lebar. Hal ini karena cukup besarnya proporsi lignin terlarut asam terhadap lignin total kayu. Pada jenis kayu yang diteliti, proporsi lignin terlarut asam terhadap kadar lignin total berkisar 4,23-15,90%, dengan kecenderungan proporsinya semakin tinggi untuk jenis kayu dengan kadar lignin yang semakin rendah (Gambar 4). Oleh karena itu, pada penentuan kadar lignin jenis kayu daun lebar dengan metode Klason harus memperhitungkan nilai lignin Klason dan lignin terlarut asam.
Berdasarkan Gambar 4, semakin meningkatnya kadar lignin terlarut asam pada jenis kayu daun lebar akan menurunkan kadar lignin Klason pada kayu tersebut. Hal ini sejalan dengan yang dikemukakan oleh Yasuda et al. (2001), bahwa dengan semakin meningkatnya proporsi lignin terlarut asam pada jenis
0 5 10 15 20 25 30 35 40 Kupa Jam bu air Duri an Ram but an Nangk a Kle wih Petai Kw eni Lam toro Sam pang Randu P ala Kec api Api -api Jenis Kayu L ig n in K la so n d a n L ig n in T o ta l (% ) 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 A S L /T o ta l L ig n in ( % ) Lignin Klason Lignin T otal ASL/T otal Lignin
kayu daun lebar maka akan menurunkan kadar lignin klason pada kayu. Oleh karena itu, jenis kayu dengan kadar lignin total yang sama dapat memiliki proporsi lignin terlarut asam dan lignin Klason yang berbeda, atau reaktifitas lignin yang berbeda. Hal lain menguatkan hipotesis sebelumnya bahwa pembentukan lignin terlarut asam lebih berkorelasi dengan reaktifitas lignin yang ditentukan oleh perbedaan reaktifitas dari unit monomer penyusun lignin. Yasuda
et al. (1986) menemukan bahwa dalam larutan asam sulfat, inti aromatik siringil
memiliki reaktivitas yang lebih tinggi dibandingkan unit guaiasil, dengan urutan nilai reaktifitas siringil> eter siringil> eter guaiasil> guaiasil.
4.4 Korelasi Antara Lignin Terlarut Asam dengan Nisbah Siringil-Guaiasil Unit penyusun lignin pada kayu daun jarum berbeda dengan unit penyusun lignin pada kayu daun lebar. Pada kayu daun jarum, monomer penyusun ligninnya sebagian besar disusun oleh unit guaiasil (>90%) dan sisanya p-hidroksifenil. Pada lignin kayu daun lebar, disusun oleh unit siringil dan guaiasil lignin, dan memiliki nisbah siringil terhadap guaiasil yang beragam sesuai dengan jenis kayunya yang berkisar 1 sampai 4 (Shao et al. 2008).
Pada jenis kayu daun lebar nisbah unit monomer penyusun lignin ini diduga berperan penting dalam menentukan kandungan lignin terlarut asam pada kayu. Hal ini sesuai dengan yang dikemukakan oleh Matshusita et al. (2004), bahwa jenis kayu daun lebar yang memiliki kandungan metoksil yang tinggi dapat menghasilkan lignin terlarut asam yang tinggi pula, dan unit siringil lignin memiliki reaktivitas yang lebih tinggi dari pada unit guaiasil.
Berdasarkan hasil analisis Pyr-GC-MS (Lampiran 1), lignin kayu daun lebar yang diteliti terutama disusun oleh unit siringil dan guaiasil. Proporsi unit siringil berkorelasi positif dengan proporsi lignin terlarut asam yang dihasilkan, dengan koefisien korelasi (r) = 0,91 (Gambar 5). Hasil ini memperkuat hasil penelitian sebelumnya bahwa unit siringil dalam lignin bersifat lebih reaktif dibandingkan dengan unit lignin guaiasil (Yasuda et al. 1986, Yasuda et al. 2001, Matsushita et al. 2007), sehingga unit siringil merupakan salah satu faktor penentu dalam pembentukan lignin terlarut asam selama penentuan lignin dengan metode Klason. Implikasi dari hal ini, kadar lignin terlarut asam bisa menjadi
salah satu parameter penduga reaktifitas lignin, khususnya untuk lignin jenis kayu daun lebar. Informasi ini akan membantu dalam penilaian kesesuaian karakteristik kayu sebagai bahan baku pengolahan kayu, misalnya pada proses pembuatan pulp kayu.
Gambar 5 Hubungan antara nisbah siringil-guaiasil dengan lignin terlarut asam pada jenis kayu daun lebar.
y = 0,035x + 0,029 R² = 0,826 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Lig ni n T er lar ut as am /Lig ni n T ot al Nisbah S/G
