BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Agustus-Oktober 2008 di Bagian Kimia Hasil Hutan, Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan IPB dan di
Laboratorium Kimia Bersama Departemen Kimia Fakultas MIPA IPB.
3.2 Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain, golok, willey mill, gelas ukur, sokhlet, desikator, pemanas air, water bath, UV Visible
Spectrophotometer SHIMADZU UV Pharma Spec. 1700, aluminium foil, kertas saring, pipet, erlenmeyer, tabung reaksi, pengaduk kaca, gelas piala, plastik, label
dan saringan. Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah bagian kayu
reaksi kayu tekan dari jenis Pinus Pinus merkusii Jungh et de Vrise dan Melinjo Gnetum gnemon Linn, ethanol-benzene, asam sulfat 72, alkohol,
aquadestilata.
3.3 Tahapan Analisis Lignin Terlarut Asam 3.3.1 Persiapan Contoh Uji
Contoh uji yang digunakan berasal dari batang pohon yang mengandung kayu reaksi. Jenis P. merkusii berumur sekitar 40 tahun yang diambil dari
kawasan Gunung Bunder Bogor dan jenis G. gnemon berumur sekitar 20 tahun yang diambil dari kawasan Petir Bogor. Contoh uji diambil dari enam posisi
arah melingkar batang Gambar 4.
Gambar 4. Contoh uji
0° contoh uji
60° 120°
180° 240°
300° 0°
180°
Contoh uji dipotong kecil-kecil dengan menggunakan golok kemudian digiling dengan willey mill agar menjadi serbuk dan disaring. Bagian yang diambil
adalah partikel yang lolos saringan 40 mesh dan tertahan pada saringan 60 mesh.
3.3.2 Ekstraksi EthanolBenzene 1:2 vv
Prosedur ini merujuk pada TAPPI T 204 om 88 yang pada akhirnya menghasilkan serbuk bebas zat ekstraktif. Serbuk kayu sebanyak 10 gram
dimasukkan kedalam kertas saring yang dibuat seperti thimbel, yang telah diketahui beratnya. Thimbel dimasukkan kedalam sokhlet dan diekstraksi dengan
300 ml etanol-benzene 1:2 selama 8 jam. Selanjutnya thimbel dicuci dengan ethanol, hingga larutan bening dan diangin-anginkan.
3.3.3 Penentuan Kadar Lignin Klason Lignin Tidak Larut Asam
Prosedur ini menggunakan standar TAPPI T 222 om 88. Sampel kayu bebas ekstraktif ekuivalen berat kering 1.0±0.1 gram dimasukan ke dalam gelas
piala. Setelah itu ditambahkan larutan asam sulfat 72 sebanyak 15 ml. Penambahan asam dilakukan secara perlahan dan bertahap sambil diaduk dengan
suhu dijaga pada 20±1°C. Setelah tercampur sempurna gelas piala disimpan pada suhu 20±1°C selama 2 jam sambil diaduk sesekali. Sebanyak 300-400 ml air
dimasukkan ke dalam erlenmeyer 1000 ml kemudian sampel dari gelas piala dipindahkan ke dalam erlenmeyer. Larutan dibilas dan diencerkan dengan air
hingga dicapai konsentrasi asam sulfat 3 yaitu hingga total volume 575 ml. Larutan dididihkan selama 4 jam dan volume larutan dijaga tetap konstan dengan
menambahkan air panas, kemudian lignin disaring dan dicuci dengan air panas hingga bebas asam. Sampel lignin dikeringkan dalam oven pada suhu 105±3°C
hingga beratnya konstan untuk kemudian ditimbang. Kadar Lignin :
Lignin = 100
B A
A = Berat Lignin gram B = Berat serbuk awal gram
3.3.4 Penentuan Kadar Lignin Terlarut Asam
Pengujian kadar lignin terlarut asam dilakukan berdasarkan TAPPI T 250. Filtrat dari hasil penentuan lignin klason digenapkan volumenya menjadi 1000 ml,
kemudian diambil 5 ml sampel uji untuk diuji dengan alat spectrophotometer. Selain itu, dibuat sampel blanko dari 15 ml asam sulfat yang diencerkan hingga
volumenya menjadi 1000 ml yang juga diambil sampel uji sebanyak 5 ml untuk pengujian spectrophotometer. Panjang gelombang yang dipakai adalah 205 nm
dan koefisien adsorbsi 110 Lg-cm
.
Kadar lignin terlarut asam dihitung dengan menggunakan rumus :
Konsentrasi lignin terlarut asam Vinitial
Vfinal A
C 110
Kadar lignin terlarut asam ASL =
100 1000xBKT
CV C
= konsentrasi filtrat lignin terlarut asam gl V
= volume total filtrat ml A
= pembacaan pada panjang gelombang 205 nm V
final
= volume akhir larutan ml V
initial
= volume inisial blanko ml ASL
= kadar lignin terlarut asam BKT
= berat kering tanur serbuk kayu g
3.4 Diagram Alir Penelitian
Gambar 5. Bagan diagram alir penelitian Uji ASL dengan Spectrophotometer
Ekstraksi dengan etanolbenzene 1:2; 8 jam
Hidrolisis 1 gram serbuk dengan 15 ml asam sulfat 72 selama 2 jam pada suhu 20±1°C
Lignin Klason Padatan
Filtrat
Volume larutan dijadikan 1000 ml
Serbuk kayu 60-40 mesh
Hidrolisis dengan H
2
SO
4
3 selama 4 jam pada suhu ±100°C
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Lignin Klason dan Lignin Terlarut Asam
Lignin merupakan suatu polimer yang kompleks dengan berat molekul tinggi, tersusun atas unit-unit fenilpropan Sjostrom 1995. Penentuan proporsi
kandungan lignin dalam kayu sering ditentukan dengan menggunakan metode Klason. Metode ini memisahkan lignin sebagai material yang tidak larut dengan
depolimerisasi selulosa dan hemiselulosa dalam asam sulfat 72 yang diikuti dengan hidrolisis polisakarida pada asam sulfat 3 yang dipanaskan. Bagian yang
terlarut menjadi filtrat disebut lignin terlarut asam acid soluble lignin yang dapat ditentukan nilainya dengan menggunakan spectrophotometer Fengel dan
Wegener 1995. Perbedaan dalam hal kandungan lignin tidak hanya terjadi pada lignin
klason tetapi juga pada nilai lignin terlarut asam yang berdampak pada perbedaan kandungan lignin total. Seperti halnya yang terjadi pada kayu tarik kayu Poplar
Akiyama et al. 2005, hasil penelitian ini menunjukkan bahwa keragaman kadar lignin terjadi juga pada kayu tekan dari jenis kayu kelompok gimnospermae
Tabel 4. Secara umum kayu P. merkusii memiliki kadar lignin yang lebih tinggi, dibanding kayu G. gnemon. Oleh karena kadar lignin terlarut asam kayu Melinjo
lebih tinggi dibanding kayu Pinus, maka hal ini mendukung hubungan antara kadar lignin dengan lignin terlarut asam yang telah ditemukan pada beberapa jenis
kayu yang berbeda Akiyama et al. 2005, Mahmudi 2008. Satu hal yang menarik adalah tingginya kadar lignin terlarut asam dari
kayu G. gnemon, padahal jenis kayu ini termasuk ke dalam kelompok gimnospermae yang umumnya memiliki kadar lignin terlarut asam yang relatif
kecil Fengel dan Wegener 1995. Hal ini mungkin berkaitan dengan struktur kimia lignin kayu Melinjo yang berbeda dari umumnya jenis kayu softwood.
Kayu Melinjo walaupun termasuk ke dalam kelompok gimnospemae akan tetapi memiliki beberapa ciri yang menyerupai jenis kayu daun lebar dari kelompok
angiospermae, seperti terdapatnya vessel dalam jaringan kayunya dan struktur ligninnya yang mengandung unit siringil Syafii dan Nawawi 2008.
Tabel 4 Kandungan lignin kayu reaksi P. merkusii dan G. gnemon pada arah melingkar batang
Jenis Kayu Posisi
Sampel Lignin
Klason ASL
Total
Pinus merkusii
o
25.47 1.68
27.15 60
o
25.60 1.58
27.17 120
o
29.75 1.43
31.18 180
o
32.44 1.32
33.76 240
o
27.01 1.63
28.64 300
o
25.59 1.77
27.35
Gnetum gnemon
o
20.64 2.52
23.15 60
o
21.36 2.23
23.59 120
o
21.42 1.93
23.35 180
o
21.75 1.92
23.67 240
o
21.43 1.92
23.35 300
o
20.31 2.30
22.61
keterangan: 0
o
: bagian kayu opposite; 180
o
: bagian kayu tekan
Kayu P. merkusii seperti umumnya kayu jenis gimnospermae membentuk kayu tekan sebagai respon terhadap adanya gangguan dari luar seperti angin,
gravitasi atau pohon tumbuh miring. Nilai lignin klason pada arah melingkar batang kayu menunjukkan suatu kecenderungan dimana terdapat peningkatan
kadar lignin klason dari bagian kayu oposit ke arah bagian kayu tekan dan terjadi sebaliknya untuk lignin terlarut asam Gambar 6. Kadar lignin tertinggi, baik
lignin klason maupun total lignin, terdapat pada bagian kayu dengan proporsi jaringan kayu reaksi yang paling besar. Oleh karena pembentukan kayu reaksi
merupakan respon pohon terhadap pengaruh mekanis dari luar, maka pada jenis kayu daun jarum semakin tinggi tekanan yang diterima pohon selama
pertumbuhan, pohon akan membentuk jaringan kayu reaksi yang semakin besar dengan kadar lignin yang semakin tinggi. Kayu tekan P. merkusii memiliki
kandungan lignin klason paling tinggi yaitu 32,44 atau lebih tinggi dibanding bagian kayu oposit dengan kadar lignin klason 25,47 . Hasil yang didapat ini
sejalan dengan hasil penelitian yang telah disampaikan oleh Hagglund dan Ljnggren dalam Timell 1986 yang menyebutkan bahwa lignin kayu tekan dapat
lebih tinggi hingga 36 dibandingkan pada kayu normal.
Gambar 6. Kandungan lignin klason dan lignin terlarut asam kayu reaksi P. merkusii pada arah melingkar batang 0
o
: bagian kayu opposite; 180
o
: bagian kayu tekan Kandungan lignin terlarut asam Acid soluble lignin dari P. merkusii
memperlihatkan kecenderungan yang berlawanan dengan kecenderungan yang terjadi pada kandungan lignin klason. Dengan meningkatnya kandungan lignin
klason, lignin terlarut asam semakin menurun. Hal ini kemungkinan karena adanya keterkaitan antara reaksi pembentukan lignin terlarut asam dengan jenis
dan komposisi struktur kimia penyusun lignin. Dalam kayu P. merkusii yang merupakan jenis softwood, pembentukan lignin terlarut asam dapat dipengaruhi
oleh komposisi guaiasil dan p-hidroksiphenil yang menyusun lignin kayu daun jarum.
Seperti halnya pada kayu P. merkusii, kayu reaksi yang terbentuk pada jenis G. gnemon juga merupakan kayu tekan karena bagian kayu reaksi terbentuk
di bagian bawah batang yang miring yang merupakan ciri dari pembentukan kayu reaksi dari jenis gimnospermae. Namun melihat pada ciri anatominya jenis ini
tidak seperti halnya pada jenis softwood umumnya, dimana jenis ini mempunyai pori pada jaringan kayunya yang merupakan salah satu ciri dari jenis hardwood
angiospermae. Pada kayu reaksi G. gnemon nilai kandungan lignin klason menunjukan
kecenderungan yang sama dengan jenis P. merkusii. Nilai lignin klason meningkat sejalan dengan semakin besarnya pembentukan kayu tekan, sedangkan nilai lignin
terlarut asam berlaku sebaliknya Gambar 7. Kecenderungan nilai lignin terlarut
asam diduga berkaitan dengan komposisi struktur kimia lignin kayu G. gnemon. Berbeda dengan jenis softwood lainnya struktur kimia lignin G. gnemon terdiri
dari siringil dan guaiasil yang merupakan ciri dari hardwood.
Gambar 7. Kandungan lignin klason dan lignin terlarut asam kayu reaksi G. gnemon pada arah melingkar batang 0
o
: bagian kayu opposite; 180
o
: bagian kayu tekan Kayu reaksi terbentuk sebagai akibat dari adanya pengaruh mekanis dari
luar atau tekanan selama pertumbuhan pohon. Seperti telah diketahui, kayu daun jarum mempunyai susunan jaringan yang homogen yang terutama disusun oleh
trakeida. Trakeida pada kayu daun jarum mempunyai peran ganda yakni sebagai penyalur zat makanan dan juga berfungsi sebagai kekuatan mekanis dari pohon.
Pengaruh-pengaruh mekanis dari luar yang dialami pohon memaksa pohon memberikan reaksi dengan membentuk lignin lebih banyak dari normal sehingga
pada kayu yang mengalami tekanan akan memiliki kandungan lignin yang lebih besar.
4.2 Hubungan Lignin Klason, Lignin Terlarut Asam dan Total Lignin
Hasil penelitian menunjukan bahwa perubahan kandungan lignin akibat pembentukan kayu tekan berkorelasi dengan tinggi rendahnya pembentukan kayu
reaksi yang merupakan respon terhadap perbedaan tekanan yang diterima pohon selama pertumbuhan. Pada kayu tekan P. merkusii nilai lignin klason meningkat
ke arah bagian kayu yang semakin dekat dengan bagian kayu tekan dan kemudian
kembali menurun dengan semakin jauhnya posisi sampel dari bagian tekan. Nilai lignin terlarut asam terjadi sebaliknya dimana nilainya semakin menurun dengan
semakin dekatnya posisi sampel dengan bagian tekan Tabel 5. Tabel 5 Perbandingan nilai lignin klason dan lignin terlarut asam terhadap
total lignin kayu pada kayu P. merkusii dan G. gnemon Jenis Kayu
Posisi Sampel KlasonTotal
ASLTotal
Pinus merkusii
o
0.9382 0.0618
60
o
0.9420 0.0580
120
o
0.9541 0.0459
180
o
0.9609 0.0391
240
o
0.9433 0.0567
300
o
0.9354 0.0646
Gnetum Gnemon
o
0.8913 0.1087
60
o
0.9055 0.0945
120
o
0.9173 0.0827
180
o
0.9189 0.0811
240
o
0.9177 0.0823
300
o
0.8981 0.1019
keterangan: 0
o
: bagian kayu opposite; 180
o
: bagian kayu tekan
Nilai lignin klason dari kayu tekan P. merkusii sekitar 96 dan nilai lignin terlarut asam sekitar 4 dari total lignin. Semakin tinggi nilai lignin klason atau
kadar lignin, semakin rendah nilai lignin terlarut asam Gambar 8. Hal ini diduga dipengaruhi oleh jenis dan komposisi dari komponen penyusun molekul lignin
yaitu kandungan unit guaiasil dan p-hidroksiphenil. Sebagaimana telah diketahui bahwa jenis kayu daun jarum disusun oleh lignin dari unit guaiasil dan p-
hidroksiphenil Fengel dan Wegener 1985, Sjostrom 1995, sehingga karakteristik kimia molekul lignin kayu daun jarum sangat ditentukan oleh proporsi dan
reaktifitas kedua jenis unit penyusun lignin tersebut. Berdasarkan hal tersebut mengindikasikan bahwa lignin pada bagian kayu tekan selain secara kuatitatif
lebih tinggi juga lebih mudah berkondensasi selama proses penentuan lignin klason, yang berakibat tingginya fraksi lignin yang tidak larut asam lignin
klason dan rendahnya pembentukan fraksi lignin yang terlarut asam.
Gambar 8. Hubungan lignin klason dan lignin terlarut asam kayu reaksi P.merkusii
Pada kayu reaksi G. gnemon rata-rata proporsi nilai lignin klason adalah sekitar 92 dan nilai lignin terlarut asam sekitar 8 dari total lignin Tabel 5.
Kadar lignin yang semakin tinggi diikuti oleh semakin rendahnya nilai lignin terlarut asam Gambar 9. Sifat kimia lignin pada kayu G. gnemon ini dipengaruhi
oleh struktur kimianya yang terutama disusun oleh unit siringil dan guaiasil. Proporsi siringil dan guaiasil diduga mempengaruhi nilai lignin terlarut asam yang
dihasilkan setelah terjadinya proses hidrolisis pada saat penentuan lignin klason.
Gambar 9. Hubungan lignin klason dan lignin terlarut asam kayu reaksi G. gnemon
Pengaruh dari struktur kimia lignin terhadap kandungan lignin terlarut asam dan lignin klason tidak terlepas dari reaktifitas struktur kimia lignin tersebut.
Hubungan yang tergambar mengindikasikan bahwa struktur kimia lignin G. gnemon berperan dalam pembentukan lignin selama proses kondensasi dalam
larutan asam sulfat. Reaksi kondensasi ini seperti halnya pada kayu P. merkusii menyebabkan lignin tidak larut dan memadat sehingga kandungan lignin klason
yang dihasilkan tinggi sedangkan lignin terlarut asamnya rendah. Dalam pembentukan lignin terlarut asam selama proses penentuan lignin
klason terdapat perbedaan faktor penentu dalam lignin kayu G. gnemon dan kayu P. merkusii. Hal ini didasarkan pada perbedaan jenis unit lignin yang
menyusunnya, terutama p-hidroksiphenil pada lignin kayu Pinus dan keberadaan unit siringil pada lignin kayu Melinjo selain unit guaiasil yang dimiliki masing-
masing jenis. Pada kayu Melinjo nilai lignin terlarut asam memberikan pengaruh cukup besar terhadap jumlah total lignin dalam kayu. Nilai lignin terlarut asam
rata-rata 2,14, sehingga pada penentuan total lignin, nilai lignin terlarut asam tidak bisa diabaikan.
4.3 Hubungan Kadar Lignin dan Jenis Cincin Aromatik Penyusun Lignin
Kategori