BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kelapa Sawit
Kelapa sawit (Elaeis quineensis jack) termasuk golongan tumbuhan palma. Sawit menjadi
populer setelah Revolusi Industri pada akhir abad ke-19 yang menyebabkan permintaan minyak
nabati untuk bahan pangan dan industri sabun menjadi tinggi. Kelapa sawit di Indonesia
diintroduksi pertama kali oleh Kebun Raya pada tahun 1884 dari Mauritius (Afrika). Saat itu
Johannes Elyas Teysmann yang menjabat sebagai Direktur Kebu n Raya. Hasil introduksi ini
berkembang dan merupakan induk dari perkebunan kelapa sawit di Asia Tenggara. Pohon induk
ini telah mati pada 15 Oktober 1989, tapi anakannya bisa dilihat di Kebun Raya Bogor.
Kelapa sawit di Indonesia baru di usahakan sebagai tanaman komersial pada tahun 1912 dan
ekspor minyak sawit pertama dilakukan pada tahun 1919. Perkebunan kelapa sawit pertama
dibangun di Tanah hitam, Hulu Sumatera Utara oleh Schadt seorang Jerman pada tahun 1911
(http://www.satuiku.com/).
Klasifikasi Ilmiah
Kerajaan : Plantae
Divisi : Magnoliophyta
Kelas : Liliopsida
Ordo : Arecales
Family : Arecaceae
Genus : Elaeis Jack
Spesies : Elaeis guineensis
Elaeis oleifera
Tanaman kelapa sawit berakar serabut. Perakarannya sangat kuat karena tumbuh ke
bawah dan ke samping membentuk akar primer, sekunder, tersier dan kuarter. Kelapa Sawit
merupakan tanaman monokotil yaitu batangnya tidak mempunyai kambium dan umumnya tidak
bercabang. Batang berfungsi sebagai penyangga tajuk serta menyimpan dan mengangkut bahan
tanaman.Batang kelapa sawit berbentuk silinder dengan diameter 20 -75 cm. Daun kelapa sawit
mirip kelapa yaitu membentuk susunan daun majemuk, bersirip genap, dan bertula ng sejajar.
Daun- daun membentuk satu pelepah yang panjangnya mencapai lebih dari 7,5-9 m. Jumlah
pelepah, panjang pelepah dan anak daun lebih banyak. Begitu pula pelepahnya akan lebih
panjang dibandingkan dengan tanaman yang masih muda (Fauzi,2002).
Pada dasarnya kelapa sawit diklasifikasikan kedalam 3 varietas yaitu :
1. Dura
2. Pesifera
Tidak mempunyai cangkang, serat tebal mengelilingi inti yang kecil. Jenis ini tidak
dikembangkan untuk tujuan komersil.
3. Tenera
Suatu hibrida yang diperoleh dari hasil penyulingan dura dengan pesifera. Cangkangnya
tipis, mempunyai cincin disekelilingi biji hasil ekstraksi minyaknya tinggi berkisar 23-26% (
Respository.usu.ac.id).
2.1.1 Bagian-Bagian Kelapa Sawit
Bagian-bagian yang terpenting dari kelapa sawit adalah sebagai berikut :
1. Mesocarp (Daging buah)
Mesocarp terdiri dari serabut dan daging buah. Serabut terdiri dari tenunan – tenunan
serat yang keras dan sels-selanya terdapat tenunan sel yang lunak dan buah yang masak
mengandung minyak.
b. Endocarp (temputung atau cangkang)
Pada buah masak, tempurung ini tebal dan keras sekali karena mengandung SiO2.
Tempurung (cangkang) dapat digunakan sebagai bahan bakar atau pengeras jalan jalan kebun
dan belakangan ini dapat diolah menjadi “Activated carbon”, yang sangat berguna untuk
mengatasi polusi udara.
c. Kernel (Inti)
Bagian ini terletak disebelah dalam tempurung. Dalam satu buah terdapat satu biji yang
lebih jika dibandingkan dengan kualitas minyak daging buah (mesocarp). Hanya saja kandungan
minyaknya lebih sedikit dibanding dengan kandungan minyak daging buah. Minyak inti sawit
sangat baik digunakan dalam industri, misalnya industri pembuatan minyak margarin. Selain
dari minyak inti yang dihasilkan, terdapat juga ampas dari inti sawit yang digunakan pada
industri fermentasi alkohol ( Respository.usu.ac.id).
1. Jenis Limbah Kelapa Sawit
Limbah kelapa sawit adalah sisa hasil tanaman kelapa sawit yang tidak termasuk dalam produk
utama atau merupakan hasil ikutan dari proses pengolahan kelapa sawit. Berdasarkan tempat
pembentukannya, limbah kelapa sawit dapat digolongkan menjadi dua jenis yaitu limbah
perkebunan kelapa sawit dan limbah industri kelapa sawit.
1. Limbah perkebunan kelapa sawit
Limbah perkebunan kelapa sawit adalah limbah yang dihasilkan dari sisa tanaman yang
tertinggal pada saat pembukaan areal perkebunan, peremajaan dan panen kelapa sawit. Jenis
limbah ini antara lain kayu,pelepah dan gulma. Dalam setahun setiap satu hektar perkebunan
kelapa sawit rata-rata menghasilkan limbah pelepah daun sebanyak 10,4 ton bobot kering.
2. Limbah Industri kelapa sawit
Limbah industri kelapa sawit adalah limbah yang dihasilkan pada saat proses pengolahan
kelapa sawit. Limbah jenis ini digolongkan dalam tiga jenis yaitu limbah padat, limbah cair, dan
1. Limbah padat
Salah satu jenis limbah padat industri kelapa sawit adalah tandan kosong sawit
(TKS).Tempurung kelapa sawit termasuk juga limbah padat hasil pengolahan kelapa sawit.
Limbah padat mempunyai ciri khas pada komposisinya. Komponen terbesar dalam limbah padat
tersebut adalah selulosa, disamping komponen lain meskipun kecil seperti abu, hemiselulosa, dan
lignin.
2. Limbah Cair
Limbah Cair juga dihasilkan pada proses pengolahan kelapa sawit. Limbah kelapa sawit
ini memiliki kadar bahan organik yang tinggi. Tingginya kadar tersebut menimbulkan beban
pencemaran yang besar, karena diperlukan degradasi bahan organik yang lebih besar pula.
Lumpur ( Sludge) disebut juga limpur primer yang berasal dari proses klarifikasi merupakan
salah satu limbah cair yang dihasilkan dalam proses pengolahan kelapa sawit, sedangkan lumpur
yang telah mengalami proses sedimentasi disebut lumpur sekunder. Kandungan bahan organik
lumpur juga tinggi yaitu pH berkisar 3-5.
3. Limbah gas
Selain limbah padat dan cair, industri pengolahan kelapa sawit juga menghasilkan limbah
bahan gas. Limbah bahan gas ini antara lain gas cerobong dan uap air buangan pabrik kelapa
sawit ( Fauzi,2002).
2.1.3 Perkembangan Industri Kelapa Sawit
Kelapa sawit sebagai tanaman penghasil minyak sawit dan inti sawit merupakan salah satu
Indonesia. Cerahnya prospek komoditi minyak kelapa sawit dalam perdagangan minyak nabati
dunia telah mendorong pemerintah Indonesia untuk memacu pengembangan areal perkebunan
kelapa sawit. Berkembangnya sub ‐ sektor perkebunan kelapa sawit di Indonesia tidak lepas dari
adanya kebijakan pemerintah yang memberikan berbagai insentif, terutama kemudahan
dalam hal perijinan dan bantuan subsidi investasi untuk pembangunan perkebunan rakyat
dengan pola PIR‐Bun dan dalam pembukaan wilayah baru
untuk areal perkebunan besar swasta
1. Hasil Kelapa Sawit
Bagian yang paling utama untuk diolah dari kelapa sawit adalah buahnya.
Bagian daging buah menghasilkan minyak kelapa sawit mentah yang diolah menjadi bahan
bakuminyak goreng. Kelebihan minyak nabati dari sawit adalah harga yang murah, rendah
kolesterol, dan memiliki kandungan karoten tinggi. Minyak sawit juga diolah menjadi bahan
baku margarin. Minyak inti menjadi bahan baku minyak alkohol
dan industri kosmetika. Buah diproses dengan membuat lunak bagian daging
buah dengan temperatur 90°C. Daging yang telah melunak dipaksa untuk berpisah
dengan bagian inti dan cangkang dengan pressing pada mesin silinder berlubang. Daging
inti dan cangkang dipisahkan dengan pemanasan dan teknik pressing. Setelah itu dialirkan ke
dalam lumpur sehingga sisa cangkang akan turun ke bagian bawah lumpur. Sisa pengolahan
buah sawit sangat potensial menjadi bahan campuran makanan ternak dan difermentasikan
2.2 Tandan Kosong Kelapa Sawit
Tandan kosong kelapa sawit merupakan limbah padat lignoselulosa yang dihasilkan dari industri
perkebunan kelapa sawit memiliki kandungan serat, komposisi bahan organik dan mineral yang
cukup tinggi oleh karena itu tandan kosong kelapa sawit dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku
bagi industri. Seperti industri pulp dan kertas atau industri kimia lainnya yang memanfaatkan
bahan baku berbasis serat. Serat tandan kosong kelapa sawit terdiri dari zat organik yaitu
selulosa, hemiselulosa, lignin, pektin, ekstraktif dan juga zat organik yang berbeda -beda.
Sebenarnya TKS dapat digunakan sebagai bahan bahan baku baku potensial untuk pengisi atau
penguat komposit polimer. Hal ini disebabkan pada TKS kandungan seratnya mencapai sekitar
70% dan komposisi kimia TKS mengandung selulosa yang cukup banyak yaitu 37,76%. Seperti
bahan kayu dan jaringan penunjang tumbuh-tumbuhan lainnya. Hasil penelitian selama ini
menunjukkan bahwa sifat dan karakteristik serat tandan kosong kelapa sawit dapat digunakan
sebagai bahan baku pembuatan pupuk Kalium,Aseton-butanol-etanol (ABE), jamur pangan,
asam glutamate, xylitol, protein sel tunggal, selain itu tandan kosong dapat juga dimanfaatkan
sebagai bahan baku pembuatan pulp dan kertas,hard board, serat kerapatan medium (medium
density Fiber,MDF), arang aktif dan lain-lain. Hasil analisa komposisi kimia tandan kosong
Tabel 2.1 Komposisi Kimia Tandan Kosong Kelapa Sawit.
Komposisi Kimia Komposisi (%)
Lignin 22.23
Holoselulosa 67,88
Pentosa 26,69
α-Selulosa 38,76
Kadar abu 6,59
(Darkono.1992)
Peningkatan produksi pabrik kelapa sawit memiliki konsekuensi berupa peningkatan
limbah kelapa sawit yang dihasilkan. Limbah pabrik kelapa sawit dapat digolongkan dalam tiga
jenis yaitu limbah padat, limbah cair, dan limbah gas. Salah satu jenis limbah padat yang paling
banyak dihasilkan oleh pabrik kelapa sawit adalah tandan kosong kelapa sawit (TKKS) yaitu
sekitar 22 – 23% dari total tandan buah segar (TBS) yang diolah (Fauzi , 2002). Total jumlah
limbah TKKS seluruh Indonesia pada tahun 2009 diperkirakan mencapai 4,2 juta ton. Agar
limbah berupa TKKS yang jumlahnya sangat besar ini tidak menimbulkan permasalahan, maka
diperlukan manajemen yang baik untuk mengelolanya. Salah satu alternatif cara pengelolaan
TKKS adalah dengan melakukan pengomposan. Setelah dikomposkan, limbah berupa TKKS
dapat digunakan sebagai pupuk organik.
Pengomposan merupakan proses dekomposisi bahan organik kompleks yang dilakukan
oleh mikroorganisme sehingga menjadi bahan organik sederhana yang kemudian mengalami
atau ogranisme lain. TKKS merupakan bahan organik kompleks yang komponen penyusunnya
adalah material yang kaya unsur karbon (Sellulosa 42,7%, Hemisellulosa 27,3%, lignin 17,2%)
(Darnoko,1996). Sellulosa merupakan polimer dari glukosa, proses degradasi sellulosa menjadi
glukosa (soluble sugars) yang dapat digunakan oleh mikroorganisme untuk proses biosintesis
memerlukan waktu yang cukup lama, karena menggunakan setidaknya tiga jenis enzim:
exoglucanase, endoglucanase dan β-glucosidase (cellulase complex). Hal tersebut menyebabkan
keseluruhan proses dekomposisi TKKS memerlukan waktu yang lama.
Lamanya waktu yang dibutuhkan pada proses pengomposan TKKS akan menimbulkan
permasalahan, karena semakin lama proses pengomposan berlangsung maka semakin luas area
yang dibutuhkan untuk pengomposan, biaya yang dikeluarkan untuk pengomposan TKKS juga
akan semakin besar. Untuk menyelesaikan permasalahan tersebut, maka dibutuhkan suatu teknik
pengomposan yang tepat agar proses pengomposan dapat berjalan dengan optimal.
Tanaman kelapa sawit (Elaeis guinensis Jack.) berasal dari Nigeria. Meskipun demikian,
ada yang menyatakan bahwa kelapa sawit berasal dari Amerika Selatan yaitu Brazil karena lebih
banyak ditemukan spesies kelapa sawit di hutan Brazil dibandingkan dengan Afrika. Pada
kenyataannya tanaman kelapa sawit hidup subur di luar daerah asalnya, seperti Malaysia,
Indonesia, Thailand, dan Papua Nugini. Bahkan mampu memberikan hasil produksi per hektar
yang lebih tinggi (Fauzi, 2002).
Kelapa sawit pertama kali diperkenalkan di Indonesia oleh pemerintah kolonial belanda
pada tahun 1848. Ketika itu ada empat batang bibit kelapa sawit yang dibawa dari Mauritus dan
Amsterdam dan ditanam di Kebun Raya Bogor. Tanaman kelapa sawit mulai diusahakan dan
Indonesia adalah Adrien Hallet, seorang Belgia yang telah belajar banyak tentang kelapa sawit di
Afrika. Budidaya yang dilakukannya diikuti oleh K. Schadt yang menandai lahirnya perkebunan
kelapa sawit di Indonesia. Perkebunan kelapa sawit pertama berlokasi di pantai timur Sumatera
(Deli) dan Aceh.Luas areal perkebunannya mencapai 5.123 ha. Indonesia mulai mengekspor
minyak sawit pada tahun 1919 sebesar 576 ton ke negara-negara Eropa (Fauzi , 2002).
Pada umumnya kelapa sawit tumbuh rata-rata 20 – 25 tahun. Pada 3 tahun pertama
disebut sebagai kelapa sawit muda, karena pada umur tersebut pohon kelapa sawit belum
menghasilkan buah. Pohon kelapa sawit akan mulai berbuah pada umur 4 sampai enam tahun,
dan pada usia tujuh tahun disebut sebagai periode matang (the mature periode) dimana pada saat
itu tanaman mulai menghasilkan tandan buah segar (fresh fruit bunch). Pada usia 11 sampai 20
tahun pohon kelapa sawit akan mengalami penurunan produksi, dan biasanya pada usia 20 – 25
tahun tanaman kelapa sawit akan mati (Fauzi, 2002).
Semua komponen buah sawit dapat dimanfaatkan. Buah sawit memiliki daging dan biji
sawit (kernel), dimana daging sawit dapat diolah menjadi CPO (crude palm oil), sedangkan buah
sawit diolah menjadi PK (palm kernel). Ekstraksi CPO rata-rata 20 % sedangkan PK 2.5%.
Sementara itu cangkang biji sawit dapat dimanfaatkan menjadi bahan bakar ketel uap (Fauzi,
2002).
Minyak sawit dapat dipergunakan untuk bahan makanan dan industri setelah melalui
proses penyulingan, penjernihan dan penghilangan bau atau RBDPO (refine, bleached and
Deodorized palm oil). Disamping itu dapat diuraikan untuk produksi minyak sawit padat (RBD
stearin) dan untuk produksi minyak sawit cair (RBD olein). RBD olein terutama dipergunakan
shortening, disamping untuk bahan baku industri sabun dan deterjen. Pemisahan CPO dan PK
dapat menghasilkan oleokimia dasar yang terdiri dari asam lemak dan gliserol. Secara
keseluruhan proses penyulingan minyak sawit dapat menghasilkan 73 % olein, 21 % stearin, 5 %
PFAD (Palm fatty Acid Distillate) dan 0,5 % buangan (Fauzi , 2002).
Proses pengolahan kelapa sawit menghasilkan produk ikutan berupa limbah kelapa sawit.
Berdasarkan tempat pembentukannya limbah kelapa sawit dapat digolongkan menjadi dua jenis
yaitu limbah perkebunan kelapa sawit dan limbah industri kelapa sawit. Limbah industri kelapa
sawit adalah limbah yang dihasilkan pada proses pengolahan kelapa sawit. Limbah jenis ini
digolongkan dalam tiga jenis yaitu limbah padat, limbah cair, dan limbah gas (Fauzi, 2002).
Salah satu alternatif pemanfaatan tandan kosong kelapa sawit adalah sebagai pupuk
organik dengan melakukan pengomposan (Fauzi, 2002).
Pada proses pengomposan tandan kosong kelapa sawit yang dilakukan di sebagian besar
industri sawit, hal pertama yang dilakukan adalah pencacahan. TKKS dicacah terlebih dahulu
menjadi serpihan-serpihan dengan memakai mesin pencacah. Kemudian bahan yang telah
dicacah ditumpuk memanjang dengan ukuran lebar sekitar 2,5 meter dan tinggi 1 meter. Selama
proses pengomposan tumpukan tersebut disiram dengan limbah cair yang berasal dari pabrik
kelapa sawit. Pabrik kelapa sawit dengan kapasitas 30 ton tandan buah segar per jam dapat
memproduksi 60 ton kompos dari 100 ton tandan kosong sawit yang dihasilkan (Fauzi, 2002).
Sebagai sumber bahan kimia tandan kosong kelapa sawit dapat dimanfatkan untuk bahan
baku produksi senyawa lignin dan turunannya. Hemiselulosa dan turunannya serta selulosa dan
turunannya. Senayawa-senyawa tersebut diperoleh melalui suatu proses ekstraksi dengan
senyawa-senyawa tersebut dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku untuk pembuatan bahan
kimia lainnya.
Sifat lignin kayu sangat bervariasi bergantung pada jenis kayu dan lingkaran usia kayu.
Penelitian oleh Danglas Far menunjukkan bahwa dibagian tengah batang memiliki kandungan
lignin yang lebih tinggi dari kayu yang berasal daerah yang beriklim sedang. Sedangkan
kandungan lignin kayu jarum bervariasi antara 24-23% dan kayu daun tropis 26-35% dalam
tanaman non kayu kandungan lignin yang terkandung lignin yang terkandung umumnya antara
12-17% (Supri,2000).
1. Lignin
Lignin adalah suatu produk alami yang dihasilkan oleh semua tumbuhan. Lignin merupakan
komponen kimia dan morfologi ciri dari jaringan tumbuhan tingkat tinggi. Kandungan lignin
mencapai 15-40% dari berat kayu dengan variasi menurut jenis kayunya, kondisi pertumbuhan,
bagian dari tumbuhan dan faktor-faktor lainnya. Dari segi morfologinya, maka lignin merupakan
berkayu senyawa amorf yang tedapat dalam lamela tengah, dinding primer maupun dalam
dinding sekunder. Selama perkembangan sel, lignin dimasukkan sebagai komponen terakhir
didalam dinding sel, menembus diantara fibril dan berfungsi sebagai penguat pada dinding sel.
Secara garis besarnya, kegunaan lignin dapat digolongkan menjadi tiga kelompok, yaitu :
1. Sebagai bahan bakar
2. Sebagai produk polimer
Dalam proses pembuatan pulp, lignin merupakan limbah yang tidak bernilai dan
diusahakan untuk dihilangkan, penggunaan pulp sebagai perekat sejak dimulainya pembuatan
pulp sulfat.
Pada dasarnya pembuatan lignin sebagai perekat hampir sama seperti pada phenol
formaldehida, karena keduanya mempunyai komponen kimia yang hampir sama yaitu dari gugus
fenolik, sehingga menyebabkan lignin dapat digunakan untuk mensubtitusi phenol formaldehida.
Lignin merupakan polimer dengan banyak cabang yang terbentuk oleh unit-unit fenil
propane (koumaril alkohol, koniferil alkohol, dan atau syringil alkohol) yang berikatan satu sama
lain dengan ikatan karbon dengan karbon (C-C), ikatan dengan oksigen (C-O) dan juga adanya
ikatan eter.
Dalam kayu, lignin memiliki sifat yang hidrofobik dan tidak larut dalam air. Pada saat
pembuatan pulp, perlakuan kayu dengan ion HSO3-akan menyebabkan degradasi parsial pad
ikatan eternya, yang menghasilkan gugus asam sulfonik. Dengan proses diatas, lignin yang
semula bersifat hidrofobik dan tidak larut dalam air menjadi larut dalam air.
Dinding serat kayu terbentuk oleh beberapa jenis senyawa kimia, yaitu polisakarida,
lignin dan ekstraktif. Proporsi bahan-bahan kimia tersebut hanya sedikit variasinya antar jenis
kayu. Polisakarida adalah molekul polimer besar yang dibangun oleh molekul gula sederhana
dan membentuk rantai panjang. Polisakarida utama yaitu selulosa terdapat sekitar 45% dari berat
kering serat. Komposisi polisakarida adalah sekitar 65-75%, lignin 20-30% dan ekstraktif 0-10%.
Kandungan gugus hidroksil (OH) yang besar pada polisakarida sangat polar sedangkan pada
Ekstraktif memiliki pengaruh yang besar dalam menurunkan higroskopisitas dan
permeabilitas serta meningkatkan keawetan kayu. Meskipun jumlahnya sedikit, ekstraktif
mempunyai pengaruh yang besar dalam perekatan kayu, yaitu mempengaruhi pH, kontaminasi
dan penetrasi. Ekstraktif berupa deposit, memiliki ikatan yang tidak kuat dan relatif bebas untuk
berpindah. Ekstraktif berpindah secara difusi, salah satunya sebagai suatu material volatile (
Mudah Menguap) atau sebagai material terlarut. Panas dan gadien air mempercepat perpindahan
ekstraktif ini.Ekstraktif juga berpindah dengan gaya kapiler dan gaya tegangan permukaan
(Surdiding,2007).
1. Biosintesis dan Struktur
Lignin merupakan polimer dari unit-unit fenilpropana. Banyak aspek dalam kimia lignin yang
masih belum jelas, misalnya ciri-ciri struktur spesifik lignin yang terdapat dalam berbagai daerah
morfologi dari xylem kayu. Namun unsur – unsur struktur dasar lignin telah banyak dijelaskan
sebagai hasil studi yang mendalam pada penyiapan lignin yang diisolasi, seperti lignin kayu yang
digiling, dengan menggunakan teknik – teknik degradasi khusus, yang berdasarkan pada
oksidasi, reduksi atau hidrolisis dalam suasana asam dan alkali. Banyak usaha telah dilakukan
untuk menjelaskan biosintesis lignin. Identifikasi secara rinci terhadap produk – produk reaksi
telah dimungkinkan dengan teknik –teknik kromatografi dan metode spektroskopi baru yang
dikembangkan selama dua atau tiga dasawarsa terakhir (Sjostrom.1995).
2. Fenilpropana – Unit Struktur Dasar Lignin
Metode yang didasarkan pada kimia organik klasik telah menyimpulkan, sekitar 1940, bahwa
diterima secara bulat, dan sampai 40 tahun yang lalu, sejumlah ilmuwan tidak yakin bahwa
lignin dalam keadaan aslinya merupakan senyawa aromatik. Akhirnya, persoalan dipecahkan
oleh lange dalam tahun 1954, yang menggunakan mikroskopi UV pada berbagai panjang
gelombang yang diarahkan langsung pada irisan-irisan kayu tipis dan memperoleh spektra khas
senyawa-senyawa aromatik (Sjostrom,1995).
Lignin tersususun atas unit-unit fenilpropan. Meskipun tersusun atas karbon, hydrogen
dan oksigen, lignin bukanlah suatu karbohidrat dan bahkan tidak ada hubungannya dengan
golongan senyawa tersebut. Sebaliknya, lignin pada dasarnya adalah suatu fenol. Lignin sangat
stabil dan sukar dipisahkan dan mempunyai bentuk yang bermacam-macam. Karenanya susunan
lignin yang pasti didalam kayu tetap tidak menentu. Lignin terdapat diantara sel-sel dan didalam
dinding sel. Diantara sel-sel, lignin berfungsi sebagai perekat untuk mengikat sel-sel
bersama-sama. Dalam dinding sel, lignin sangat erat hubungannya dengan selulosa dan berfungsi untuk
memberikan ketegeran pada sel. Lignin juga berpengaruh dalam memperkecil perubahan
dimensi sehubungan dengan perubahan kandungan kayu dan juga dikatakan bahwa lignin
mempertinggi sulfat racun kayu yang membuat kayu tahan terhadap racun serangga, cendawan
dan serangga. Ketegaran yang diberikan oleh lignin merupakan faktor penentu sifat-sifat kayu
(hadikusuma,1987).
Penggunaan lignin pada saat sekarang dan masa depan merupakan bidang yang luas dan
semakin meningkat kepentingannya. Lignin dapat dimanfaatkan secara komersial sebagai bahan
pengikat, perekat, pengisi, surfaktan, produk polimer, dispersan dan sumber bahan kimia lainnya
terutama turunan benzen pada berbagai industri. Pada kebanyakan penggunaan kayu, lignin
digunakan sebagai bagian integral dari kayu. Hanya dalam hal pembuatan pulp, lignin dilepaskan
merupakan salah satu sumber lignin yang berpotensi besar. Namun adanya perbaharuan
teknologi yang berorientasi pada upaya pemanfaatan kembali bahan kimia pemasak yang
terkandung didalamnya dan untuk meminimalkan pencemaran lingkungan, menyebabkan pada
masa mendatang industri pulp dan kertas tidak lagi menjadi sumber potensial lignin.
Lignin dapat diisolasi dari kayu bukan ekstraktif sebagai sisa yang tidak larut, setelah
penghilangan polisakarida dengan hidrolisis. Secara alternatif lignin dapat dihidrolisis dan
diekstraksi dari kayu atau diubah menjadi turunan yang larut. Setelah selulosa lignin merupakan
zat organik yang banyak dan penting dalam tumbuhan. Penyatuan lignin ke dalam dinding sel
tumbuhan memungkinkan lignin menguasai permukaan bumi, lignin menaikkan sifat-sifat
kekuatanmekanik.
Lignin merupakan komponen kimia dan morfologi yang karakteristik dari jaringan tumbuhan
tingkat tinggi, dimana lignin terdapat dalam jaringan vaskuler yang khusus untuk pengangkutan
cairan dan kekuatan mekanik.
Jumlah lignin yang terdapat dalam tumbuhan yang berbeda sangat bervariasi. Meskipun dalam
spesies kayu kandungan lignin berkisar antara 20-40 %. Disamping spesies kayu kandungan
lignin dalam dinding sel dan kandungan lignin dalam bagian pohon yang berbeda tidak sama.
Sebagai contoh, kandungan lignin paling tinggi adalah pada baatang dan paling rendah terdapat
pada cabang dan kulit. Dalam kebanyakan penggunaan kayu, lignin digunakan sebagai bagian
internalkayu.
Dalam pembuatan pulp pada proses pengelantangan (bleaching) lignin dilepaskan dari kayu
dalam bentuk terdegradasi dan berubah merupakan sumber karbon lebih dari 35 juta ton tiap
karbon lignin kayu lunak (60 % - 65 %), pada umumnya lebih tinggi dibandingkan karbon lignin
pada kayu keras (18 % - 22 %).
Lignin adalah zat yang bersama-sama dengan selulosa adalah salah satu sel yang terdapat
dalam kayu. Lignin berguna dalam kayu seperti lem atau semen yang mengikat sel-sel lain dalam
satu kesatuan sehingga bisa menambah support dan kekuatan kayu (mechanical strength) agar
bisa kelihatan kokoh dan berdiri tegak. Lignin struktur kimiawinya bercabang-cabang dan
berbentuk polimer tiga dimensi. Molekul dasar lignin adalah Fenil Propan. Molekul lignin
memiliki derajat polimerisasi tinggi. Karena ukuran dan strukturnya yang tiga dimensi bisa
memungkinkan lignin berfungsi sebagai semen atau lem bagi kayu yang dapat mengikat serat
dan memberikan kekerasan struktur serat. Bagian tengah lamella pada sel kayu, sebagian besar
terdiri dari lignin, berikatan dengan sel-sel lain dan menambah kekuatan struktur kayu. Dinding
sel juga mengandung lignin. Pada dinding sel, lignin bersama -sama dengan hemiselulosa
membentuk matriks (semen) yang mengikat serat-serat halus selulosa. Lignin didalam kayu
memiliki persentase yang berbeda tergantung dari jenis kayu:
1. Softwood mengandung 27 – 33%
2. Hardwood mengandung 16 – 24 %
3. Non-wood fibers seperti jerami, baggase, rumput, bamboo mengandung 11 -20%. Ada
beberapa test prosedur yang sekarang digunakan untuk menentukan lignin, seperti:
2. Permanganate Number (K-Number):Jumlah konsumsi permanganat dalam
sampel pulp yang mengandung lignin yang belum bereaksi
1. Kappa Number: Jumlah konsumsi permanganat dalam sampel pulp yang mengandung lignin
yang belum bereaksi
2. Hypo test :Jumlah konsumsi hypo dalam sample pulp yang mengandung lignin yang belum
bereaksi
3. Chlorine Number: Jumlah konsumsi chlorine dalam pulp yang mengandung lignin yang belum
bereaksi
1. Nu-Number: Test absorbsi spektrofotometer lignin yang terlarut dalam asam dengan panjang
gelombang 425 nm
2. Pulp Permittivity: Dieletric strength atau permititivitas pulp sheet yang berhu bungan
dengan kandungan lignin dalam sampel.
3. Spectrophotometric Methods: Absorpsi sinar UV pada sample yang mengandung lignin.
Kappa number menggunakan sejumlah larutan permanganat dengan jumlah tertentu yang
ditambahkan ke dalam pulp sampel. Setelah beberapa waktu, permanganat bereaksi dengan pulp
yang ditentukan dengan metoda titrasi. Kappa number kemudian ditentukan sebagai jumlah ml
0,1 N larutan KMnO4 yang dikonsumsi oleh 1 gr pulp dalam waktu 10 menit dengan suhu 25 oC.
Untuk proses kraft pulp hubungan antara lignin dan kappa number adalah Lignin (%) = 0.147 X
Kappa Number. Metoda-metoda yang lain tidak familiar digunakan di Indonesia
Roe number (hypo test) dan chlorine number adalah dua test yang tidak digunakan lagi untuk test
lignin karena reagent yang digunakan sangat berbahaya dan banyak permasalahan dalam
penanganannya. Kappa number ini sangat berguna untuk menentukan kadar lignin dalam pulp.
Semua pulp akan mengalami perubahan brightness (kecerahan) seiring dengan lama waktu
penyimpanan. Pulp biasanya akan berubah menjadi kuning. Laju penurunan brightness dengan
waktu bervariasi dalam range yang cukup luas. Sebagian pulp akan stabil dan biasanya
bertahun-tahun kemudian baru akan berubah menjadi kuning. Sebagian lagi hanya dalam hitungan bulan
akan berubah menjadi kuning dan bahkan yang dalam hitungan hari sudah berubah. Lignin
bukan penyebab utama pada perubahan warna ini jika pulpnya hanya mengandung sedikit lignin.
Tapi walau bagaimanapun lignin yang terkandung dalam jumlah besar sudah pasti menjadi
penyebab utama dalam perubahan warna pulp. Oleh karena itu efektivitas penghilangan lignin
pada tahap klorinasi juga merupakan faktor yang sangat menentukan dalam proses perubahan
warna. Memang pada awalnya ada dugaan perubahan warna pada pulp selama penyimpanan
disebabkan oleh lignin. Ternyata setelah dilakukan penelitian, penyebab utamanya adalah
kandungan selulosa pulp itu sendiri yang menyebabkan perubahan warna.
Adanya gugus karbonil dan karboksil pada selulosa merupakan penyebab utama
terjadinya perubahan warna. Penghilangan gugus karbonil dan karboksil ini dengan proses
oksidasi dan reduksi akan meningkatkan kestabilan warna. Perubahan warna juga disebabkan
oleh temperatur, humidity, hemiselulosa, resin, logam-logam seperti rosin, alum, lem dan starch
1. Pemanfaatan Lignin
Lignin memiliki nama latin lignum yang memiliki arti kayu, jadi kayu itu sendiri mengandung
jumlah lignin yang banyak. Lignin merupakan senyawa kompleks aromatik non karbohidrat yang
memiliki struktur polimer organik yang banyak jumlahnya pada tumbuhan.Fungsi lignin sendiri
dalam tanaman adalah sebagai pengangkut internal dari air, nutrisi dan zat metabolit. Lignin
memberikan kekuatan pada dinding sel dan sebagai penyambung antara sel dan sebagai
penyambung antara sel kayu yang senyawanya tahan terhadap tekanan, bersifat fleksibel dan
jaringannya tahan terhadap serangan mikroorganisme dan perambatan enzim penghancur dalam
dinding sel. Molekul lignin adalah molekul yang memiliki berat molekul besar yang merupakan
gabungan dari beberapa asam dan alkohol penilprofilik (koumaril,koniferil,sinafil) yang secara
acak radikal memberikan bentuk polimer amorf dari struktur tiga dimensi (Nuryanto,2000).
Lignin dapat dimanfaatkan sebagai sumber bahan kimia, karena senyawa lignin
mempunyai gugus aktif yang dapat direaksikan dengan gugus lain, sehingga membentuk
senyawa baru dengan struktur dan manfaat yang berbeda dari struktur kimia senyawa asalnya.
Senyawa baru ( turunan lignin ) diperoleh dengan melakukan modifikasi struktur lignin dengan
menggunakan proses lebih lanjut. Lignin hasil isolasi dapat dimanfaatkan sehingga dispersan,
Tabel 2.2 Pemanfaatan lignin
Pengikat dan perekat Butiran pakan tenak,pupuk,tinta
cetak,mineral, pelapis,inti pengecoran
logam, biji besi
Pereaksi Urea-Formaldehide fenol,
furan,epoksi,urethane
Dan lain-lain Koagulasi protein,pelindung koloid dalam
ketel uap,rsin penukar ion,penangkap
oksigen,dll
(Fengel dan Wegner,1995).
2.3.4 Isolasi Lignin
Lignin dapat diisolasi dari kayu bebas ekstraktif sebagai sisa yang tidaklarut setelah
penghilangan polisakarida dengan hidrolisis. Secara alternatif, lignin dapat dihidrolisis dan
diekstraksi dari kayu atau diubah menjadi turunan yang larut. Menurut Achma di (1990),
sifat-sifat lignin yang disebabkan oleh struktur molekul dan letaknya dalam dinding sel menyebabkan
menunjukkan kekurangan, baik secara mendasar mengubah struktur lignin asli maupun
melepaskan bagian lignin yang nisbi tak berubah. Metode isolasi lignin terbagi dalam dua
kelompok, yaitu: Metode yang menghasilkan lignin sebagai sisa (residu) dan metode yang
melarutkan lignin, baik dengan ekstraksi pelarut atau membentuk turunan yang larut. Metode
isolasi yang pertama sering dinamakan lignin asam (lignin Klason) yang diperoleh setelah
penghilangan polisakarida dari kayu yangdiekstraksi (bebas damar) dengan hidrolisis H2SO4
68-78% (biasanya 72%). Asam-asam lain (seperti HCl) dapat digunakan juga untuk hidrolisis, tetapi
metodenya mempunyai kekurangan yang serius, yaitu struktur lignin berubah secara intensif
selama hidrolisis. Semua pemisahan lignin dengan metode asam ini selalu mengakibatkan
kondensasi lignin dan masuknya unsur S atau Cl. Polisakarida dapat dihilangkan dengan
enzim-enzim dari bubuk kayu yang digiling halus. Metodanya lebih rumit, tetapi lignin enzim-enzim selulotik
(CEL) yang dihasilkan pada dasarnya tetap mempertahankan struktur aslinya tanpa perubahan.
Lignin juga dapat dihidrolisis dengan dioksana yang mengandung air dan asam klorida tetapi
terjadi perubahan struktur yang cukup besar (Sjostrom, 1995).
Berbagai teknik isolasi telah dipelajari, tetapi pada prinsipnya sama yaitu diawali dengan
proses pengendapan padatan. Isolasi lignin dibedakan pada tiga metode yaitu isolasi dengan
pengasaman yang menggunakan pereaksi anorganik seperti H2SO4 pekat atau HCl pekat,isolasi
dengan metode Cellulolytic Enzyme Lignins (CEL), dan Milled WoodLignin (MWL). Isolasi
lignin pada berbagai serat umumnya tidak menghasilkan lignin murni karena di dalam
kandungan lignin masih terdapat lignoselulosa lainnya seperti hemiselulosa. Adanya unit
kompleks dari ikatan lignin dengan hemiselulosa menyebabkan isolasi lignin mengalami
kesulitan untuk mendapatkan rendemen lignin murni ( Sjostrom,1995). Untuk mendapatkan
pada saat pengasaman dan pemisahan lignin. Kurang lebih setengah dari bahan organik yang
terdapat di dalam larutan sisa pemasak pulp kertas adalah lignin dan sisanya terdiri dari asam
karboksilik yang terbentuk sebagai hasil degradasi karbohidrat kayu (Rostika,20002). Beberapa
cara untuk memisahkan lignin dari bahan baku digunakan pereaksi anorganik yaitu H2SO4 pekat
dan HCl pekat dengan tujuan untuk mendestruksi karbohidrat (Sugesty, 1991). Isolasi lignin
merupakan tahap pemisahan lignin. Proses pemisahan dapat dilakukan dengan beberapa metode
seperti pengasaman dan presipitasi dengan gas buang atau CO2, pengasaman dan presipitasi
dengan limbah asam, ultrafiltrasi, penukaran ion, elektrodialisa, koagulasi dengan bahan kimia
dan flokulasi dengan pemanasan (Setiawan,2001). Isolasi yang dilakukan pada pH rendah akan
dihasilkan rendemen yang lebih tinggi, karena reaksi polimerisasi yang terjadi pada pH yang
lebih rendah berlangsung lebih sempurna sehingga semakin banyak unit penyusun lignin yang
semula larut mengalami polimerisasi lagi dan membentuk polimer lignin. Reaksi kondensasi
akan meningkat dengan meningkatnya keasaman. Proses isolasi dengan metode pengasaman
banyak digunakan untuk mendapatkan lignin dengan kemurnian tinggi. Urutan prosesnya adalah
sebagaiberikut :
- Pengendapan lignin dengan asam sulfat.
-Pelarutan endapan lignin dengan menggunakan
- Pengendapan lagi dengan menggunakan asam sulfat.
- Pencucian dengan air.
Lignin hasil isolasi dengan menggunakan H2SO4 dan HCl banyak mengandung asam
asetat, asam laktat, asam format dan asam-asam lainnya (Sjostrom,1995). Adanya ikatan
lignin-karbohidrat memungkinkan terjadinya degradasi senyawa-senyawa lignin-karbohidrat selama isolasi
berlangsung seperti pentosa dan asam-asam uronat menjadi furfural, heksosa menjadi hidroksi
metal furfural dan asam format sehingga pH isolat lignin semakin rendah (Kim, 1987).
2.3.5 Karakteristik Isolat Lignin
1. Rendemen Lignin
Rendemen lignin yang dihitung pada penelitian ini didasarkan pada berat serpih TKKS.
Rendemen lignin menunjukkan besarnya jumlah padatan lignin (satuan dalam gram) dalam
setiap gram serpih TKKS yang digunakan. Rendemen lignin sangat dipengaruhi oleh proses
pemasakan bahan baku, perbedaan reaksi polimerisasi dan dikarenakan adanya perlakuan
tambahan, yaitu penguapan sebagian kandungan airnya. Faktor konsentrasi asam sulfat
memberikan pengaruh yang nyata pada masing-masing rendemen isolat ligninnya. Diketahui
bahwa perlakuan konsentrasi asam sulfat yang digunakan pada proses pengasaman lindi hitam,
cenderung memberikan hasil yang tidak berbeda nyata pada lindi hitam masing-masing
perlakuan penambahan NaOH kedalam larutan. Kombinasi perlakuan faktor penambahan katalis
basa (NaOH). Adanya peningkatan rendemen isolate lignin pada proses pengasaman
menggunakan asam sulfat dikarenakan pada kondisi proses pengasamanyang lebih asam dimana
semakin tinggi konsentrasi asam sulfat maka semakin tinggi pula tingkat keasamannya (pH
rendah), diduga terjadireaksi kondensasi yang semakin meningkat pada unit-unit penyusun lignin
mengalami repolimerisasi dan membentuk molekul yang lebih besar yaitu polimer lignin
(Damat, 1989).
Pada suasana asam lignin cenderung melakukan kondensasi sehingga lignin yang
terkondensasi tersebut akan mengendap dan lignin yang terisolasi semakin banyak. Selain itu,
seiring meningkatnya penambahan NaOH pada larutan pemasak organosolv, menyebabkan
semakin tinggi padatan total yang mengandung lignin sehingga rendemen isolat lignin yang
didapat semakin tinggi pula. Terjadi penurunan rendemen isolat lignin. Hal tersebut diduga
disebaban pada kondisi pengasaman yang terlalu kuat (jenuh), polimerlignin akan berikatan
dengan polimer non lignin sehingga membentuk senyawa lainnya yang terlarut dalam pelarut,
ataupun pada saat proses pengasaman lindi hitam terdapat lignin yang tidak terendapkan
(Achmadi,1991). Penambahan asam terlalu kuat pada larutan sisa pemasak pulp (lindi hitam)
dapat menyebabkan terjadinya degradasi polisakarida dan dekomposisi komplek
lignin-karbohidrat (Barsinai,1976).
Selain itu,lindi hitam TKKS pada kondisi pengasaman dengan konsentrasi tinggi akan
menyebabkan rendemen lignin semakin kecil dikarenakan tingkat pengasaman yang tidak merata
pada kondisi tersebut. Selain degradasi lignin diduga terjadi degradasi komponen non lignin
lainnya yang berlebihan yang larut dalam larutan pemasak (Ibrahim,2003).
Selama berlangsungnya proses delignifikasi tidak hanya lignin yang terpisahkan dari
serat-serat selulosa, tetapi juga komponen lainnya seperti polisakarida dan sedikit hemiselulosa.
Faktor lain yang menyebabkan perbedaan perolehan rendemen isolat lignin pada masing-masing
perlakuan yaitu adanya penambahan asam sulfat berkonsentrasi tinggi pada lindi hitam yang
kimia antara asam sulfat dengan larutannya sehingga lignin mengalami perubahan struktur
menjadi senyawa lain. Hal tersebut ditunjukkan pada saat pengendapan lignin, suhu lindi hitam
setelah ditambahkan asam sulfat berkisar antara 60-75°C (Sjostrom,1995).
Pada suhu tinggi lignin dapat mengalami perubahan struktur dengan membentuk asam
format, metana, asam asetat dan vanilin sehingga lignin yang terendapkan semakin sedikit
(Judoamidjojo,1989).
2. Kadar Lignin
Kadar lignin menunjukkan kandungan lignin murni dalam tepung lignin. Kandungan lignin
sangat dipengaruhi oleh interaksi antara jenis larutan sisa pemasak dan pH asam yang digunakan.
Perbedaan kandungan lignin murni yang terkandung dalam tepung lignin diduga karena adanya
perbedaan kandungan komponen-komponen nonlignin. Kandungan lignin yang rendah
menunjukkan bahwa lignin isolate masih mengandung komponen-komponen non lignin dalam
jumlah lebihbesar (Damat,1989).
Komponen-komponen non lignin yang terdapat dalam tepung lignin antara lain asam
asetat, asam laktat, asamformat, ion Cl, ion SO3, ion SO4, Ca, K, Na, Mg dan S. Diketahui bahwa
kadar isolat lignin akibat pengaruh faktor penambahan katalis basa (NaOH) berbedanyata satu
sama lainnya. Begitu pula pada faktor konsentrasi asam sulfat memberikan pengaruh yang nyata
pada masing-masing kadar isolate ligninnya. Kandungan lignin dengan tingkat kemurnian
tertinggi pada kondisi tersebut polimerisasi lignin berjalan sempurna dan kehilangan kemurnian
lignin dalam tepung lignin diduga disebabkan selain banyaknya kandungan komponen non lignin
Penambahan basa (NaOH) pada larutan pemasak akan menyebabkan tingginya
konsentrasiion OH¯ dalam larutan pemasak sehingga mempercepat pemutusan padaikatan intra
molekul lignin saat ekstraksi dan mempercepat delignifikasi. Namun, adanya penurunan
kemurnian isolat lignin kedalam larutan pemasak, disebabkan penambahan katalis basa tersebut
diduga menyebabkan komponen nonlignin banyak terdegradasi dan terlarut dalam lindi hitam.
Kandungan lignin yang rendah menunjukkan bahwa lignin isolat masih mengandung
komponen-komponen non lignin dalam jumlah lebih besar. Tingginya komponen-komponen non lignin pada tepung
lignin menunjukkan bahwa degradasi dan pemisahan polisakarida beserta komponen non lignin
lainnya masih kurang sempurna (Damat,1989). Selama pemasakan dalam digester terjadi reaksi
lambat, yaitu adanya reaksi kondensasi dan polimerisasi kembali yang menyebabkan lignin tidak
larut dalam larutan pemasak. Hasil analisa kadar lignin TKKS (Bahar,1983).
6. Keasaman Lignin (pH)
Keasaman lignin merupakan salah satu variabel yang digunakan untuk menentukan kualitas
suatu bahan pengisi atau perekat. Keasaman lignin dipengaruhi oleh jenis larutan sisa pemasak,
pH isolasi dan interaksinya. Tingkat keasaman lignin isolat yang dihasilkan pada delignifikasi
(Damat 1989). Tingkat keasaman lignin Indulin AT (lignin standar) berkisar antara pH 3,5 – 5,5.
Begitu pula pada faktor konsentrasi asam sulfat memberikan pengaruh yang nyata pada
masing-masing tingkat keasaman isolate ligninnya. Pada kombinasi perlakuan antara kedua faktor
tersebut diketahui bahwa perlakuan cenderung memberikan hasil yang tidak berbeda nyata satu
sama lainnya (Santoso,2004).
lignin hasil isolasi dengan menggunakan H2SO4 dan HCl banyak mengandung asam
memungkinkan terjadinya degradasi senyawa-senyawa karbohidrat selama isolasi berlangsung
seperti pentosa dan asam-asam uronat menjadi furfural, heksosa menjadi hidroksi metal furfural
dan asam format sehingga pH isolat lignin semakin rendah (Kim,1987).
2.3.6 Metode Klakson
Metode klakson termasuk dalam analisis gravimetri atau analisis kuantitatif berdasarkan bobot
adalah proses isolasi serta penimbangan suatu unsur atau suatu senyawaan tertentu dari unsur
tersebut, dalam bentuk yang semurni mungkin. Analisa secara gravimetri menyangkut
pengubahan unsur yang akan dianalisa menjadi sebuah senyawaan yang murni dan stabil, yang
dengan mudah dapat menjadi senyawa yang diinginkan (Vogel,1991).
Dimana metode klakson, meggunakan asam sulfat 72%. Perlakuannya anatara lain 1 g
kayu dihaluskan dan diayak dengan menggunakan ayakan 60 mesh dan ditambahkan 20ml asam
sulfat 72% pada suhu 25oC selama 2 jam, setelah larutan terlarut 3% lignin yang dicernakan
dikumpulkan dalam wadah penyaring, dicuci dan diendapkan. Metode klakson tidak baik
digunakan untuk kayu-kayu yang keras, karena senyawa senyawanya lebih mudah dipengaruhi
dengan asam dan cenderung utnuk menghasilkan karbohidrat terdekomposisi yang tidak larut
