Rapid Estimation of the chemical component composition of mangium (Acacia mangium Willd.) with Near Infrared (NIR) Spectroscopy

PENDUGAAN KOMPOSISI KIMIA KAYU MANGIUM
(Acacia mangium Willd.) MENGGUNAKAN
SPEKTROSKOPI NIR

MERRY SABED

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Pendugaan Komposisi
Kimia Kayu Mangium (Acacia mangium Willd.) Menggunakan Spektroskopi NIR
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari tesis saya kepada Institut

Pertanian Bogor.
Bogor, Maret 2014
Merry Sabed
E251110031

SUMMARY
MERRY SABED. Rapid Estimation of the chemical component composition of
mangium (Acacia mangium Willd.) with Near Infrared (NIR) Spectroscopy.
Supervised by LINA KARLINASARI, NYOMAN J. WISTARA and Y. ARIS
PURWANTO.
Mangium (Acacia mangium Willd.) is a fast growing species with the
characteristics of high soil tolerance and high wood quality. Its characteristics
have led mangium to be a preferred species for pulpwood. Information on
chemical components of the wood cell wall determines the preference of wood
utilization. An accurate and rapid method of chemical components measurement
is thus paramount. Accuracy and promptness of near infrared (NIR) spectroscopy
method in the measurement of chemical components of various organic materials
has been reported. The present study was aimed to develop a fast and accurate
measurement method of the chemical components of mangium based on NIR
spectroscopy techniques. The study was conducted by measuring the NIR spectra

of mangium wood both in the form of solid wood and wood meal.
In the present works, wood samples were procured from 5, 6, and 7 years
old trees. NIR spectroscopy measurements were carried out on both solid and
wood meal samples. Chemical methods of measurements on chemical
components of wood were also carried out. These included the measurements of
holocellulose, α-cellulose, hemicellulose, lignin, and alcohol-benzene soluble
extractives. Modeling analysis for the calibration and validation of the NIR
spectra was done by Partial Least Square (PLS).
It was found that the content of α-cellulose, hemicellulose, and extractives
of the mangium wood was significantly influenced by the age of wood. However,
only the lignin content of the 5 years old wood was significantly different from
the others. The spectra of NIR absorbance of the solid wood samples were of a
wider range compared to these of the wood meal samples. The average of solid
wood absorbance was higher than that of the wood meal.
The best calibration model was obtained for the estimation of α-cellulose
and hemicellulose content both for solid wood and wood meal samples. R2cal
value for α-cellulose of solid wood and wood meal samples were respectively of
0.7773 and 0.7779, and the value of RPD was 1.68 and 2.00, respectively. R2cal
value for hemicelluloses of solid wood and wood meal samples were respectively
of 0.7756 and 0.8277, and the value of RPD was 2.08 and 2.21, respectively.

Estimation of the α-cellulose and hemicellulose content of mangium using NIR
spectroscopy is better to be done with wood meal sample than with solid wood
sample. In contrary, for the estimation of lignin and alcohol-benzene soluble
extractive content, solid wood samples resulted in a better measurement results.
Keywords: near infrared (NIR), Acacia mangium Willd., absorbance, chemical
components

RINGKASAN
MERRY SABED. Pendugaan Komposisi Kimia Kayu Mangium (Acacia
mangium Willd.) Menggunakan Spektroskopi NIR. Dibimbing oleh LINA
KARLINASARI, NYOMAN J. WISTARA and Y. ARIS PURWANTO.
Mangium (Acacia mangium Willd.) menjadi tanaman favorit HTI
sehubungan dengan perannya dalam memenuhi kebutuhan serat terutama dalam
pemenuhan kebutuhan bahan baku pulp dan kertas. Komponen kimia penyusun
dinding sel kayu merupakan salah satu faktor penting yang menentukan arah
pemanfaatan kayu. Metode pendugaan komposisi kimia suatu bahan
menggunakan near infrared (NIR) merupakan metode nondestruktif yang cepat
dengan keakuratan yang baik. Tujuan penelitian ini adalah mengembangkan
metode deteksi komponen kimia kayu mangium secara cepat menggunakan
spektroskopi NIR. Penelitian dilakukan dengan mengukur spektra NIR kayu

mangium pada dua bentuk contoh uji yaitu kayu utuh dan serbuk kayu.
Contoh uji yang digunakan berasal dari 3 umur kayu yaitu 5, 6 dan 7 tahun.
Bentuk contoh uji yang digunakan dalam pengukuran spektra NIR terdiri atas
contoh uji kayu utuh dan serbuk kayu. Komponen kimia kayu yang diuji di
laboratorium meliputi α-selulosa, hemiselulosa, holoselulosa, lignin dan ekstraktif
terlarut alkohol-benzena. Analisis pemodelan kalibrasi dan validasi dari spektra
NIR menggunakan metode Partial Least square (PLS).
Hasil penelitian menunjukkan bahwa umur kayu berpengaruh secara nyata
terhadap kandungan kimia kayu mangium. Rata-rata kandungan kimia untuk αselulosa, hemiselulosa dan ekstraktif terlarut alkohol-benzena memiliki perbedaan
yang nyata diantara 3 umur kayu, sedangkan pada lignin hanya kayu berumur 5
tahun yang berbeda nyata. Spektra NIR kayu mangium pada contoh uji kayu utuh
memiliki rentang absorbansi yang lebih lebar daripada spektra pada contoh uji
serbuk kayu. Spektra rata-rata NIR kayu mangium menunjukkan bahwa
absorbansi spektra NIR pada contoh uji kayu utuh lebih tinggi daripada serbuk
kayu.
Model kalibrasi terbaik diperoleh untuk menduga kandungan α-selulosa dan
hemiselulosa baik menggunakan contoh uji kayu utuh maupun serbuk kayu. Nilai
R2cal untuk α-selulosa contoh uji kayu utuh dan serbuk kayu masing-masing adalah
0.7773 dan 0.7779; serta nilai RPD sebesar 1.68 dan 2.00. Untuk hemiselulosa
nilai R2cal untuk contoh uji kayu dan serbuk kayu secara berurutan adalah 0.7756

dan 0.8277; serta nilai RPD sebesar 2.08 dan 2.21. Pendugaan kandungan αselulosa dan hemiselulosa menggunakan teknik spektroskopi NIR lebih baik
menggunakan contoh uji serbuk kayu daripada kayu utuh. Sementara itu untuk
pendugaan kandungan lignin dan zat ekstraktif terlarut alkohol-benzena lebih baik
menggunakan contoh uji kayu utuh daripada serbuk kayu.
Kata kunci: near infrared (NIR), Acacia mangium Willd., absorbansi, komponen
kimia

© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB

PENDUGAAN KOMOPISI KIMIA KAYU MANGIUM
(Acacia mangium Willd.) MENGGUNAKAN
SPEKTROSKOPI NIR

MERRY SABED

Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Ilmu dan Teknologi Hasil Hutan

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014

Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Prof (R) Dr Gustan Pari MSi

Judul Tesis : Pendugaan Komposisi Kimia Kayu Mangium (Acacia mangium
Willd.) Menggunakan Spektroskopi NIR
Nama
: Merry Sabed

NIM
: E251110031

Disetujui oleh
Komisi Pembimbing

Dr Lina Karlinasari, SHut MSc Ftrop
Ketua

Nyoman J Wistara, PhD
Anggota

Dr Ir Y Aris Purwanto, MSc
Anggota

Diketahui oleh

Ketua Program Studi
Departemen Hasil Hutan

Dekan Sekolah Pascasarjana

Prof Dr Ir I Wayan Darmawan, MSc

Dr Ir Dahrul Syah, MscAgr

Tanggal Ujian: 3 Januari 2014

Tanggal Lulus:

Judul Tesis : Pendugaan Komposisi Kimia Kayu Mangium (Acacia mangium
Willd.) Menggunakan Spektroskopi NIR
Nama
: Merry Sabed
NIM
: E251110031

Disetujui oleh

Nyoman J Wistara, PhD

Anggota

Dr Ir Y Aris Pu anto, MSc
Anggota

Diketahui oleh

Ketua Program Studi
Departemen Hasil Hutan

Prof Dr Ir I Wayan Darmawan, MSc

Tanggal Ujian: 3 Januari 2014

Tanggal Lulus:

0 U \ n ＲｇＧｾ＠

PRAKATA

Segala puji hanya milik Allah SWT atas segala nikmat, rahmat dan karuniaNya yang tak telah dilimpahkan sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis yang
berjudul Pendugaan Komposisi Kimia Kayu Mangium (Acacia mangium Willd.)
Menggunakan Spektroskopi NIR.
Tesis ini disusun untuk memenuhi salah satu persyaratan memperoleh gelar
Master of Science (MSi) dalam bidang keahlian kehutanan pada program studi
Ilmu dan Teknologi Hasil Hutan Institut Pertanian Bogor dengan sumber dana
yang berasal dari dana penelitian dosen pembimbing yang merupakan bagian dari
Penelitian Unggulan Strategis Perguruan Tinggi-Hibah Bersaing dengan No.
Kontrak 17/I3.24.4/SPK-PUS/IPB/2012 tanggal 1 Maret 2012.
Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima
kasih yang sebesar-besarnya kepada Dirjen Tinggi (Dikti) yang telah memberikan
beasiswa kepada penulis hingga tahap akhir studi ini. Selain itu penulis juga
menyampaikan rasa hormat dan terima kasih kepada:
1. Ibu Dr Lina Karlinasari, SHut MSc FTrop atas seluruh motivasi, bimbingan,
arahan dan waktu yang telah diluangkan sehingga penulis dapat bersemangat
untuk terus belajar, berkarya dan memberikan yang terbaik dalam proses
belajar dan menggali ilmu.
2. Bapak Nyoman J. Wistara, PhD yang telah memberikan semangat mental
tersendiri bagi penulis untuk menjadi yang terbaik.
3. Bapak Dr Ir Y Aris Purwanto, MSc dengan segala arahannnya sehingga

penulis dapat lebih fokus pada kedalaman riset yang dilakukan.
4. Kepada ayahanda dan ibunda tercinta Bapak Ja’far Lubis dan Ibu Musta’ah
yang selalu memberikan doa, cinta, dukungan moril dan materil sehingga
penulis dapat menempuh pendidikan hingga perguruan tinggi, serta adik-adik
tersayang Shelly Lubis, Trida Marsaulina dan Ade Maulana Lubis yang telah
banyak membantu dengan tulus sebuah janji yang terikat di Lauhul Mahfudz.
5. Spesial teruntuk suami tercinta mas Panji Kumoro atas kasih sayang dan
pengertiannya serta dukungannya dalam penyelesaian tesis ini. Semoga Allah
melanggengkan mahligai rumah tangga kita hingga bertemu di Jannah-Nya.
6. Teruntuk teman-teman se-angkatan kak Neng, Abigael, Esi Fajriani,
Fakhruzy, B Reynardus dan Ammar Affif, banyak kisah terajut selama
mencari ilmu bersama dikampus tercinta ini, berbagi suka maupun duka,
saling membantu dikala susah maupun senang. Terima kasih atas bantuannya
semoga menjadi amal kebaikan bagi kita semua.
7. Saudara seperjuangan Sri Wardani, Heni Mariati, K Nurhayati Hamzah, K
Middle Lita, K Risna Wati dan Pak Ripqi Lubis. Bersama kalian ku ukir
persaudaraan yang indah di kota hujan ini, berbagi semangat baik suka
maupun duka dan berbagi cerita tentang semua. Semoga kelak kita bisa
berkumpul bersama kembali dalam cerita yang lebih indah.
8. Bapak Supriatin, Bapak Sulyaden, Bapak Kadiman, Bapak Suhada, mas
Gunawan dan Sugiharti yang telah membantu selama penelitian di
laboratorium.
9. Untuk kedua guruku tercinta Ibu Zumaydar dan Ibu Meydi yang telah
membimbingku, menjadi mentor spiritualku dan teman-teman se-liqoan

Mega, Sri, Lisda, Mb Ida, Bu Wiwit, Mb Ami, Tia, Rike, Aish dan Nadea
semoga Allah melanggengkan ikatan ukhuwah diantara kita dan
mempertemukan kita di Jannah-Nya.
10. Teman-teman statistik Adis, Ita, Nabila, Nurul, Dewi terima kasih atas ilmu
yang telah dibagikan selama penulis mengambil studi ilmu statistik lanjutan,
semoga menjadi ilmu yang bermanfaat.
Tiada gading yang tak retak. Penulis menyadari bahwa tesis ini masih
banyak kelemahan dan kekurangan yang disebabkan oleh keterbatasan
pengetahuan dan wawasan penulis. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan
saran dan kritik yang membangun untuk menyempurnakan tesis ini. Penulis
berharap tesis ini dapat bermanfaat baik bagi penulis sendiri dan pembaca serta
menjadi referensi bagi ilmu pengetahuan.
Akhirnya hanya kepada Allah SWT penulis berharap keberkahan dan
keridhoan dalam menjalani proses mencari, mengkaji dan mengaplikasikan ilmu
yang telah diperoleh. Amin.
Bogor, Maret 2014
Merry Sabed

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Pontianak Kalimantan Barat pada tanggal 16 Agustus
1985 dari ayah Ja’far Lubis dan Musta’ah. Penulis merupakan anak pertama dari
empat bersaudara.
Tahun 2004 penulis lulus dari SMA Negeri 3 Pontianak dan melanjutkan
pendidikan sarjana pada jurusan Teknologi Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan,
Universitas Tanjungpura (UNTAN) Pontianak dan lulus pada tahun 2010. Pada
tahun yang sama penulis menjadi Sarjana Pendamping Desa (SPD) yang
merupakan salah satu program kerja dari Bupati Kubu Raya, Kalimantan Barat
untuk pendampingan desa-desa yang sedang berkembang.
Pada tahun 2011 penulis mendapatkan kesempatan untuk mengikuti
program magister pada Program Studi Ilmu dan Teknologi Hasil Hutan Sekolah
Pascasarjana Institut Pertanian Bogor yang disponsori oleh Dikti dalam program
Beasiswa Unggulan untuk calon dosen.

DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL

xi

DAFTAR GAMBAR

xi

DAFTAR LAMPIRAN

xi

1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian

1
1
2
2
2

2 TINJAUAN PUSTAKA
Mangium (Acacia mangium Willd.)
Near Infrared (NIR)
Partial Least Square (PLS)

2
2
3
5

3 METODE
Tempat dan Waktu Penelitian
Bahan dan Alat
Prosedur Penelitian

6
6
6
7

4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis Kimia
Karakteristik Gelombang NIR Kayu Utuh dan Serbuk Kayu Mangium

11
11
12

5 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran

20
20
20

DAFTAR PUSTAKA

20

LAMPIRAN

23

DAFTAR TABEL
1
2
3
4

Nilai rata-rata kandungan kimia kayu mangium
Serapan panjang gelombang NIR dengan struktur kimia kayu
Hasil kalibrasi dan validasi kayu mangium pada contoh uji kayu utuh
Hasil kalibrasi dan validasi kayu mangium pada contoh uji serbuk kayu

11
15
18
18

DAFTAR GAMBAR
1 Contoh uji kayu mangium untuk pengujian NIR (a) kayu utuh (b)
serbuk kayu
2 Pengukuran NIR kayu mangium menggunakan NIRFlex N-500 (a)
kayu utuh (b) serbuk kayu
3 Diagram alir penelitian
4 Spektra absorban kayu mangium (a) kayu utuh (b) serbuk kayu
5 Spektra rata-rata NIR kayu mangium
6 Spektra absorban contoh uji kayu utuh dan serbuk kayu mangium
7 Hubungan antara nilai pengukuran laboratorium dengan nilai dugaan
spektroskopi NIR berdasarkan model kalibrasi
8 Hubungan antara nilai pengukuran laboratorium dengan nilai dugaan
spektroskopi NIR berdasarkan model validasi

7
8
10
13
14
14
16
17

DAFTAR LAMPIRAN
1 Analisis statistik kimia kayu mangium menggunakan software SAS

23

1

1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Mangium (Acacia mangium Willd.) memiliki keunggulan dalam hal kecepatan
pertumbuhan, mutu kayu, dan toleransi terhadap komposisi tanah (Perrineau et al. 2011).
Tekanan terhadap ekosistem hutan alam Indonesia menyebabkan penggunaan kayu cepat
tumbuh seperti kayu mangium kian melesat guna memenuhi kebutuhan pasokan kayu
(Krisnawati et al. 2011). Tanaman ini menjadi tanaman favorit Hutan Tanaman Industri
(HTI) sehubungan dengan perannya dalam memenuhi kebutuhan serat terutama dalam
pemenuhan kebutuhan bahan baku pulp dan kertas. Saat ini usia panen pohon mangium
sekitar 7 tahun. Bukan tidak mungkin apabila informasi berkaitan dengan sifat kayu yang
semakin muda menunjukkan hasil positif maka pemanenan kayunya juga akan semakin
dini atau awal.
Komponen kimia penyusun dinding sel kayu seperti selulosa, hemiselulosa, lignin
dan ekstraktif merupakan salah satu faktor penting yang menentukan arah pemanfaatan
kayu. Metode konvensional biasa digunakan untuk menentukan komponen-komponen
kimia tersebut. Metode ini memakan waktu lama dan dianggap kurang praktis. Metode
pendugaan komposisi kimia suatu bahan menggunakan spektroskopi near infrared (NIR)
merupakan salah satu teknologi yang relatif cepat dengan keakuratan yang baik. NIR
merupakan teknik spektroskopi yang menggunakan wilayah panjang gelombang
inframerah pada spektrum elektromagnetik tertentu (780 nm sampai 2 500 nm). Ketika
suatu bahan diradiasi dengan cahaya inframerah, maka molekul pada bahan menjadi
bergetar yang menimbulkan pita penyerapan pada ikatan-ikatan molekul gugus fungsi CO, O-H, C-H dan N-H. Besarnya penyerapan merupakan fungsi dari konsentrasi atau
kadar materi dan spesifik pada panjang gelombang tertentu.
Teknologi NIR saat ini telah berhasil diaplikasikan untuk memprediksi sifat-sifat
dasar kayu (Tsuchikawa 2007). Pendeteksian komponen kimia kayu telah dilakukan oleh
Poke dan Raymond (2006) dan Chen et al. (2010). Penelitian spektroskopi NIR khusus
untuk kayu akasia telah dilakukan di China oleh Yao et al. (2010) untuk menduga kadar
lignin kayu Acacia spp., sementara itu Zhang et al. (2011) membangun model kalibrasi
NIR untuk menduga bilangan kappa dan rendemen pulp pada jenis kayu yang sama.
Informasi yang diperoleh dari spektroskopi NIR terdiri dari puncak dan lembah
spektra yang sangat kompleks dengan panjang gelombang yang lebar. Spektra NIR yang
diamati tidak dapat langsung dapat diinterpretasikan sebagai komponen tunggal yang bisa
menentukan karakteristik bahan secara langsung. Dibutuhkan metode matematika berupa
model kalibrasi yang bisa menyatakan hubungan karakteristik bahan (Y) dengan
karakteristik penyerapan atau absorbansi pada spektroskopi NIR (X). Metode matematika
dengan teknik kalibrasi PLS (Partial Least Squares) umum digunakan dalam
menyelesaikan model kalibrasi pada spektroskopi NIR. Teknik ini dianggap dapat
menyelesaikan masalah multikolinearitas antar peubah bebas yang tinggi dan memiliki
struktur sistematik linier ataupun non linier yang sering muncul dalam analisis data
(Tobias 2011).
Faktor yang berpengaruh terhadap karakteristik spektra NIR yang dihasilkan antara
lain adalah geometri contoh uji dan ukuran partikel. Selain itu, adanya pencilan data
spektra dapat mempengaruhi pendugaan parameter yang diuji. Perlakuan awal atau pretreatment biasa dilakukan untuk mengidentifikasi dan mengatasi adanya pencilan pada

2

data spektra NIR. Beberapa teknik perlakuan awal yang umum digunakan adalah
normalisasi, derivative, smoothing dan standard normal variate (SNV).

Perumusan Masalah
Kecenderungan pemanfaatan kayu mangium yang semakin muda sangat perlu
didukung informasi sifat kayunya pada usia muda tersebut. Pada penelitian ini umur kayu
mangium yang digunakan adalah umur 5, 6, dan 7 tahun. Komponen kimia kayu
merupakan salah satu faktor penting dalam arah pemanfaatan kayu. Saat ini pengujian
kandungan kimia kayu masih menggunakan cara konvensional yang dilakukan di
laboratorium. Cara ini memiliki beberapa keterbatasan terutama dalam hal waktu
pengujiannya yang cukup lama. Metode spektroskopi NIR dapat digunakan untuk dapat
menduga komponen kimia kayu dengan cepat dan akurat sehingga dapat menjawab
permasalahan tersebut diatas.

Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah mengembangkan metode deteksi komponen kimia
kayu mangium secara cepat menggunakan spektroskopi NIR.

Manfaat Penelitian
Hasil dari penelitian diharapkan dapat menjadi data base dalam pengembangan
informasi ilmiah tentang pendugaan komposisi kimia kayu mangium.

2 TINJAUAN PUSTAKA
Mangium (Acacia Mangium Willd.)
Acacia mangium Willd. atau dikenal sebagai mangium atau akasia termasuk dalam
sub famili Mimosoideae pada famili Leguminoceae. Tanaman ini tumbuh pada daerah
dengan curah hujan tahunan dengan variasi antara 1 000 sampai 4 500 mm/tahun dan
mempunyai suhu rata-rata 12 sampai 16 ºC. Mangium termasuk ke dalam kelompok
pohon yang hijau sepanjang tahun. Pohon mangium pada umumnya besar dan bisa
mencapai ketinggian 30 m, dengan batang bebas cabang lurus yang bisa mencapai lebih
dari setengah total tinggi pohon. Pohon mangium jarang mencapai diameter setinggi dada
lebih dari 60 cm, akan tetapi di hutan alam Queensland dan Papua Nugini, pernah
dijumpai pohon dengan diameter hingga 90 cm. Di tempat tumbuh yang buruk, pohon
mangium bisa menyerupai semak besar atau pohon kecil dengan tinggi rata-rata antara 7
sampai 10 m. Batang pohon mangium beralur memanjang. Pohon yang masih muda
umumnya memiliki kulit mulus dan berwarna kehijauan, celah-celah pada kulit mulai
terlihat pada umur 2 sampai 3 tahun. Pohon yang tua biasanya berkulit kasar, keras,
bercelah dekat pangkal, dan berwarna coklat sampai coklat tua (Krisnawati et al. 2011).

3

Ciri umum dari kayu mangium adalah memiliki teras berwarna coklat tua sampai
coklat kelabu, dengan kayu gubal berwarna kuning pucat sampai kuning jerami. Kayu ini
memiliki corak yang polos atau berjalur-jalur berwarna gelap dan terang bergantian pada
bidang radial dengan tekstur yang halus sampai agak kasar. Permukaan kayu agak
mengkilap dan memiliki kesan raba yang licin. Kayu mangium memiliki berat jenis ratarata 0.61 dengan kelas kuat II-III dan memiliki nilai kalori sebesar 4.800 sampai 4.900
kkal/kg (Pandit dan Kurniawan 2008).
Mangium dapat beradaptasi dengan baik pada berbagai jenis tanah dan kondisi
lingkungan. Jenis ini tumbuh baik pada tanah laterit, yaitu tanah dengan kandungan
oksida besi dan aluminium yang tinggi. Mangium dapat tumbuh dengan cepat di lokasi
dengan level nutrisi tanah yang rendah, bahkan pada tanah-tanah asam dan terdegradasi
(Krisnawati et al. 2011). Menurut Sanchez dan Logan (1992) sepertiga dari tanah wilayah
tropis bereaksi asam. Hal ini memberikan keuntungan dalam pengembangan jenis
mangium di Indonesia. Meskipun demikian, jenis ini tidak toleran terhadap naungan yang
menyebabkan pertumbuhan mangium kurang sempurna dengan bentuk tinggi dan kurus.
Jenis ini merupakan jenis tanaman pionir yang dapat meregenerasi secara alami di lokasi
tanah yang sudah rusak.
Mangium tumbuh secara alami di hutan tropis lembab di Australia bagian timur
laut, Papua Nugini dan Kepulauan Maluku kawasan timur Indonesia. Setelah berhasil
diintroduksikan ke Sabah, Malaysia, pada pertengahan tahun 1960-an, mangium banyak
diintroduksikan ke berbagai negara, termasuk Indonesia, Malaysia, Papua Nugini,
Bangladesh, Cina, India, Filipina, Sri Lanka, Thailand dan Vietnam. Di Indonesia, jenis
ini pertama kali diintroduksikan ke daerah lain selain Kepulauan Maluku pada akhir
tahun 1970-an sebagai jenis pohon untuk program reboisasi (Krisnawati et al. 2011).
Pemanfatan kayu mangium saat ini telah mengalami peningkatan pemanfaatan yang
semakin luas, baik untuk kayu serat (pulp dan kertas), kayu pertukangan (finir dan
perabot, seperti lemari, kusen, pintu dan jendela) maupun kayu energi (bahan bakar dan
arang). Menurut Pandit dan Kurniawan (2008) kegunaan kayu mangium selain sebagai
bahan baku serat juga dapat digunakan sebagai bahan konstruksi ringan, batang korek api,
papan partikel, papan serat, vinir, kayu lapis dan kayu bakar. Berbagai penelitian telah
dilakukan untuk menunjang perluasan pemanfaatan kayu akasia mangium dalam bentuk
kayu utuh, partikel, serat ataupun turunan kayu.

Near Infrared (NIR)
Teori Near Infrared (NIR)
Spektroskopi NIR pertama kali ditemukan pada tahun 1800 oleh Sir William
Herschel melalui percobaan dispersi radiasi matahari dengan prisma (Tsuchikawa 2007).
Near infrared spectroscopy atau spektroskopi infra merah dekat merupakan satu teknik
spektroskopi yang menggunakan wilayah panjang gelombang inframerah pada spektrum
elektromagnetik (sekitar 800 sampai 2 500 nm). Dikatakan inframerah dekat karena
wilayah ini berada di dekat wilayah gelombang merah yang tampak. NIR banyak
digunakan untuk menentukan kandungan kimia suatu bahan organik karena ikatan
molekul bahan organik sangat peka pada kisaran panjang gelombang inframerah dekat.
Semua bahan organik terdiri atas atom-atom, terutama karbon (C), oksigen (O2), hidrogen
(H), nitrogen (N), fosfor (F), dan sulfur (S). Atom-atom tersebut terikat secara kovalen
untuk membentuk molekul. Molekul bervibrasi pada frekuensi yang berkaitan dengan

4

panjang gelombang dalam daerah inframerah dari spektrum elektromagnetik. Ketika
molekul diradiasi dengan sumber energi, molekul memerlukan energi potensial untuk
perubahan energi (Murray dan Williams 1990).
Menurut Shenk et al. (2007) sinar yang dipancarkan ke sumber organik mengalami
penyerapan (absorption), pemantulan (difuse reflectance), penyebaran (scattering),
pembiasan (refraction) dan penerusan cahaya (transmitance). Hilangnya energi dari
contoh uji terjadi karena pemantulan cahaya pada permukaan contoh uji, pembiasan
internal dan penyerapan yang menyeluruh. Contoh uji yang tidak menyerap sama sekali
akan menyebabkan terjadinya pemantulan total.
Jika suatu bahan menyerap sinar inframerah, maka elektron yang ada dalam atom
atau elektron ikatan pada suatu molekul tersebut akan bergetar (vibrasi). Sinar yang
masuk ke dalam bahan dan sinar setelah melewati bahan tidak dapat diukur, yang dapat
diukur adalah perbandingan sinar datang dengan sinar setelah melewati bahan. Sinar yang
diserap diukur sebagai absorbansi (A) sedangkan sinar yang dihamburkan sebagai
transmitansi (T). Berdasarkan hukum Lambert-Beer, banyaknya sinar yang dihamburkan
adalah: (Workman dan Weyer 2007).
T=

.....................................................................................................................(1)

dimana I0 merupakan intensitas cahaya datang dan It adalah intensitas cahaya setelah
melewati contoh uji.
Absorbansi dinyatakan dengan rumus:
A = log

..............................................................................................................(2)

sementara itu reflektan (R) merupakan fungsi dari transmitan yaitu:
R = f (T) ................................................................................................................(3)
sehingga absorbansi dapat ditentukan dengan persamaan:
A = log

.............................................................................................................(4)

A = log

.............................................................................................................(5)

A = k.c.l .............................................................................................................(6)
dimana Ir merupakan intensitas cahaya yang dipantulkan, k adalah absorbsi molekuler, c
adalah konsentrasi penyerapan molekul dan l adalah jarak antara sumber energi ke contoh
uji.
Teknologi Near Infrared (NIR)
Teknologi near infrared (NIR) telah banyak diperkenalkan dan digunakan di
beberapa negara maju, seperti Eropa, Amerika Utara, Asia, Australia, dan New Zealand
baik dalam bidang industri maupun dalam bidang pertanian. Perkembangan teknologi
NIR terus meluas hingga ke bidang farmasi, industri, proses pengontrolan, pembuatan
makanan hingga pencitraan. Selain itu teknologi ini juga memiliki potensi yang besar
dalam pemanfaatannya dibidang polimer dan tekstil. Di Indonesia metode ini sudah mulai
digunakan terutama dalam bidang hasil pertanian. Dibidang teknologi hasil hutan NIR
dapat digunakan untuk analisis sifat dasar kayu. Hal ini memberikan gambaran
menjanjikan bahwa NIR dapat digunakan untuk menentukan sifat fisik maupun kimia
kayu (Tsuchikawa 2007).

5

Gierlinger et al. (2003) menyelidiki keandalan spektroskopi FT-NIR untuk
menentukan keawetan alami kayu teras pohon Larch. Pengujian dilakukan menggunakan
dua jenis jamur yaitu Poria placenta dan Coniophora puteana. Hasil yang diperoleh
menunjukkan bahwa kalibrasi terbaik yang diperoleh dapat digunakan untuk menduga
kerusakan kayu dan ketahanan alami kayu teras pohon Larch dengan koefisen korelasi
sebesar 0.97.
Poke dan Raymond (2006) menduga kadar ekstraktif, lignin dan selulosa pada kayu
utuh dengan menggunakan model kalibrasi dari serbuk kayu Eucalyptus globulus.
Hasilnya menunjukkan bahwa kualitas kalibrasi spektra contoh uji serbuk kayu lebih baik
daripada kayu utuh. Namun penggunaan kalibrasi spektra contoh uji kayu utuh lebih
menghemat waktu dan biaya untuk aplikasi di lapangan karena tidak melewati tahap
pembuatan serbuk kayu. Hou dan Li (2010) mengkarakterisasi pembusukan dan
komposisi kimia kayu poplar. Hasil riset menunjukkan bahwa model kalibrasi yang
dibangun memiliki nilai koefisien determinasi (R2) untuk lignin, holoselulosa, α-selulosa
dan S/G rasio lignin masing-masing sebesar 0.984; 0.988; 0.971 dan 0.925. Hal ini
menunjukkan keandalan metode spektroskopi NIR untuk menduga komposisi kimia kayu.
Selain itu NIR juga dapat digunakan untuk mengetahui kerusakan kayu akibat
serangan jamur, pengontrolan kayu baik pada kayu utuh maupun kayu modifikasi. Di
dalam industri pulp dan kertas NIR telah digunakan untuk menduga bilangan kappa dan
konsumsi alkali. Selanjutnya, NIR dapat dimanfaatkan untuk menduga rendemen
pemasakan dan kandungan kimia pulp. Aplikasi pemanfaatan NIR dalam bidang
kehutanan memiliki prospek yang bagus terutama dalam industri pulp dan kertas.
Pengontrolan kegiatan produksi dari awal hingga akhir akan menjamin mutu produk yang
dihasilkan. Salah satu diantaranya adalah kemungkinan penyediaan bahan baku
berkualitas melalui pendeteksian awal kayu yang datang dari hutan tanaman.

Partial Least Square (PLS)
Dalam analisisi regresi yang melibatkan variabel independen yang banyak
jumlahnya dengan tingkat kolinearitas tinggi maka analisis menggunakan metode
kalibrasi multivariasi merupakan salah satu solusi untuk menjawab permasalahan yang
ada. Spektra NIR terdiri dari ribuan variabel X yang berkaitan dengan varibel Y yaitu
sifat bahan, sehingga hal ini membutuhkan model kalibrasi multivariasi dalam
intepretasinya. Salah satu metode yang umum digunakan dalam analisis data spektroskopi
adalah PLS.
Partial Least Squares (PLS) atau kuadrat terkecil parsial merupakan suatu metode
analisis multivariasi untuk membangun model prediksi dari variabel-variabel yang
banyak dan memiliki kolinieritas yang tinggi. Metode ini berguna untuk memprediksi
variabel tak bebas (dependent) dari sejumlah besar variabel bebas (independent) dan
memiliki struktur sistematik linier ataupun non linear (Tobias 2011). Metode PLS hampir
sama dengan Principle Component Regression PCR. Perbedaannya terletak pada proses
penentuan komponen utama. Pada PLS komponen utama ditentukan berdasarkan variasi
maksimum data spektra dan data destruktif secara bersamaan. Pada setiap iterasi dalam
PLS keragaman peubah-peubah X dan keragaman peubah-peubah Y saling
mempengaruhi, dimana struktur ragam kelompok peubah Y mempengaruhi kombinasi
linier kelompok peubah X dan begitu pula sebaliknya. Metode PLS diperoleh secara

6

iteratif dan tidak memiliki formula tertutup untuk mencari ragam koefisien regresinya
(Harjono 2008).
Salah satu aplikasi yang cukup penting dalam teknik PLS adalah kalibrasi
multivariasi yang berfungsi untuk memprediksi konsentrasi suatu material organik
berdasarkan data spektranya. Spektra secara khas terdiri dari nilai-nilai yang mencakup
panjang gelombang dengan kisaran yang luas, sehingga terdiri dari ratusan komponen,
sedangkan faktor konsentrasi umumnya terbatas. Menurut Harjono (2008) kalibrasi
dengan teknik PLS khususnya untuk data spektrofotomerik merupakan salah satu metode
yang handal untuk mengatasi adanya multikolinieritas antar prediktor dan permasalahan
jumlah prediktor yang melimpah. Dengan aplikasi teknik ini, data absorbansi yang
berasal dari berbagai panjang gelombang dengan jumlah yang sangat banyak dapat
direduksi secara lebih sempurna. Data konsentrasi sejak awal telah dilibatkan dalam
proses analisis sehingga tidak terjadi korelasi antara variabel prediktor dan respon.
Dengan metode ini diharapkan dapat diperoleh model kalibrasi dengan daya prediksi
yang baik.
Pada dasarnya pendekatan PLS adalah penggabungan model pendugaan sebagai
pengembangan model-model kalibrasi yang melibatkan lebih dari dua peubah (bebas dan
tidak bebas). Proses pendugaan menggunakan PLS yang diaplikasikan pada persamaan
hubungan model struktural dan model pengukuran. Metode PLS tidak memerlukan
asumsi-asumsi yang ketat terhadap sebaran dari peubah, sisaan dan parameter, sehingga
metode ini sering disebut metode lunak. Metode tersebut diperoleh secara iteratif dan
tidak memiliki formula tertutup untuk mencari ragam koefisien regresi. PLS dapat
memprediksi contoh uji yang tidak diketahui dengan ketepatan lebih baik dibandingkan
dengan teknik kalibrasi multivariasi lainnya (Naes et al. 2002).

3 METODE
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Teknik Pengolahan Pangan dan Hasil
Pertanian (TPPHP), Departemen Teknik Mesin dan Biosistem (TMB) Fakultas Teknologi
Pertanian dan Laboratorium Kimia Kayu Bagian Kimia Hasil Hutan Fakultas Kehutanan
Institut Pertanian Bogor. Waktu penelitian dilaksanakan pada bulan April 2012 hingga
Mei 2013.

Bahan dan Alat
Dalam penelitian ini contoh uji diambil dari 12 pohon mangium yang terdiri atas
umur 5, 6 dan 7 tahun yang diperoleh dari BKPH Parung Panjang, KPH Bogor, Perum
Perhutani Unit III Jawa Barat. Bahan yang digunakan untuk menentukan kadar komponen
kimia kayu antara lain adalah etanol (C2H5OH), benzena (C6H6), sodium klorit (NaClO2),
asam asetat glasial (CH3COOH), natrium hidroksida (NaOH) dan asam sulfat (H2SO4).
Alat utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah NIR spectroscopy NIRFlex
N-500 (produksi Labortechnik AG Switzerland) yang dilengkapi dengan satu set
komputer dan perangkat lunak bawaan untuk mengolah data spektra yang diperoleh.
Perangkat NIRFlex fiber optic solid N-500 digunakan untuk mengukur spektra pada

7

contoh uji utuh, sedangkan NIRFlex solid petri N-500 digunakan untuk contoh uji serbuk
kayu. Pengolahan data dilakukan menggunakan perangkat lunak bawaan dari NIRFlex N500 yaitu NIR Ware Operator, NIR Ware Management Console dan NIRCal5. Alat lain
yang digunakan adalah gergaji, mesin giling Willey mills beserta ayakan 40 sampai 60
mesh.

Prosedur Penelitian
Persiapan Contoh Uji Penelitian
Contoh uji diambil dari pohon mangium dengan 3 umur berbeda masing-masing 4
pohon. Setiap pohon diambil 3 batang log yang mewakili bagian pangkal, tengah, dan
ujung. Log tersebut selanjutnya dikonversi menjadi potongan papan. Untuk setiap umur
diambil secara acak dari setiap bagiannya sebanyak masing-masing 50 contoh uji papan
yang mewakili ketiga umur pohon. Ukuran tebal x lebar x panjang papan bebas cacat
yang dipergunakan adalah 3 cm x 10 cm x 25 cm. Selanjutnya papan-papan tersebut
dianginkan hingga mencapai kadar air kering udara (sekitar 15%) yang dilanjutkan
dengan penghalusan permukaan kayu menggunakan amplas. Bidang yang digunakan
untuk pengukuran spektroskopi NIR adalah bidang penampang lintang (transversal).
Contoh uji papan ini selanjutnya disebut contoh uji kayu utuh pada pengujian
spektroskopi NIR (Gambar 1).
Contoh uji serbuk kayu pada pengujian spektroskopi NIR diperoleh dengan
mengkonversi contoh uji kayu utuh menjadi serbuk kayu. Proses konversi dilakukan
dengan mencacah papan menjadi potongan-potongan kecil kemudian digiling
menggunakan Willey mills untuk memperoleh partikel berukuran 40 sampai 60 mesh.
Contoh uji serbuk kayu ini dijaga untuk tetap dalam kondisi kering udara yang digunakan
untuk pengujian spektroskopi NIR dan dilanjutkan dengan analisis komponen kimia
kayu.

(a)

(b)

Gambar 1 Contoh uji kayu mangium untuk pengujian NIR (a) kayu
utuh (b) serbuk kayu
Pengukuran dengan Spektroskopi NIR
Proses kalibrasi instrumen NIR dilakukan sebelum pengukuran spektra NIR
spektroskopi bahan yaitu dengan melakukan pengukuran reflektan awal yang
menyesuaikan dengan referensi panjang gelombang yang tersedia pada perangkat lunak.
Pengukuran spektra NIR dilakukan dengan memindai kayu mangium terhadap total 150
contoh uji dari 3 umur kayu baik dalam bentuk kayu utuh dan serbuk kayu dengan
spektrum panjang gelombang 1 000 nm sampai 2 500 nm. Pengukuran NIR untuk setiap
contoh uji dilakukan selama ± 30 detik. Ulangan pengukuran untuk setiap contoh uji

8

adalah tiga kali sehingga total data spektra yang dihasilkan adalah 450 buah. Pada contoh
uji kayu utuh pengukuran spektra NIR dilakukan pada tiga permukaan lintang berbeda
yang mewakili bagian teras, gubal, dan transisi keduanya (Gambar 2.a). Sedangkan
pemindaian untuk contoh uji serbuk kayu dilakukan dengan menempatkan serbuk kayu
sebanyak ± 20 g pada cawan petri (Gambar 2.b). Contoh uji diukur di dalam ruangan
dengan temperatur berkisar antara 20 sampai 23 0C.

(a)
(b)
Gambar 2 Pengukuran NIR kayu mangium menggunakan NIRFlex N-500;
(a) kayu utuh (b) serbuk kayu
Prinsip pengukuran spektra NIR adalah dengan memancarkan sinar halogen ke
bahan uji yang menyebabkan terjadinya getaran dan regangan pada kelompok ikatan
atom OH, NH dan CH. Getaran dan regangan tersebut menyebabkan terjadinya
penyerapan, pemantulan dan penerusan energi. Energi yang dipantulkan akan ditangkap
oleh detektor sebagai frekuensi dalam bentuk analog yang kemudian ditransformasi
menggunakan transformasi Fourier sehingga menjadi data spektra reflektan. Informasi
tersebut merupakan hasil interaksi antara gelombang elektromagnetik dengan komposisi
kimia bahan contoh uji uji. Data yang diperoleh dari pengukuran spektra NIR adalah data
spektra reflektan.
Perlakuan Awal
Perlakuan awal (pre-treatment) terhadap data spektra NIR dilakukan untuk
meminimalkan heterogenitas data spektra yang menyebabkan banyak pencilan data. Dari
perlakukan awal ini diperoleh jumlah komponen atau peubah laten yang menyebabkan
pemulusan data spektra. Jumlah komponen ditentukan dari komponen yang memiliki
nilai RMSECV (Root Mean Squared Error Cross Validation) minimum. Metode
perlakuan awal yang dilakukan pada penelitian ini adalah metode turunan (derivatives),
smoothing, dan standard normal variate (SNV).
Setiap perlakuan awal data memiliki fungsi yang berbeda-beda terhadap spektrum
NIR. First derivative berfungsi untuk memisahkan komponen menjadi data yang tunggal
sehingga hasil kalibrasi dapat menjadi lebih baik. Second derivative berfungsi untuk
mereduksi efek basis dari adanya pertambahan proses absorban serta menghilangkan
masalah basis kemiringan model regresi (Tiaprasit dan Sangpithukwong 2010).
Smoothing berfungsi untuk memilih penghalusan fungsi dengan teliti tanpa
menghilangkan informasi spektrum yang ada, mengurangi pengaruh guncangan (noise)
dan memperkecil galat (kekeliruan) yang terjadi selama pengukuran NIR dan analisis
kimiawi laboratorium. Sedangkan SNV berfungsi untuk mengurangi pengaruh
pemencaran pada spektra NIR yang dihasilkan (Qu et al. 2005).

9

Analisis Data
Data yang digunakan dalam penelitian terdiri atas 1 500 peubah bebas dan 4 peubah
respon. Peubah bebas (X) berupa data absorbansi yang diukur menggunakan alat NIR
spektroskopi dengan panjang gelombang 1 000 nm sampai 2 500 nm. Peubah respon (Y)
berupa konsentrasi komponen kimia kayu berdasarkan pengujian laboratorium yang
mengacu pada standar untuk pengujian yaitu selulosa, hemiselulosa, lignin, dan zat
ekstraktif terlarut alkohol-benzena.
Model Kalibrasi dan Validasi NIR
Model kalibrasi dan validasi spektroskopi NIR dilakukan dengan metode kalibrasi
multivariasi (PLS). Pada tahap awal dilakukan pemilihan secara acak sejumlah data untuk
membentuk model kalibrasi dan sejumlah data lainnya untuk validasi model kalibrasi.
Biasanya data kalibrasi adalah sebanyak 2/3 data sedangkan 1/3 data lainnya adalah untuk
data validasi model kalibrasi. Proses pengolahan dan analisis data dilakukan
menggunakan perangkat lunak (software) pada alat yaitu NIRCal 5.2 yang terintegrasi
dengan spektometer.
Setelah didapatkan model kalibrasi maka dilakukan tahap validasi dengan
menggunakan sisa data yang lain berdasarkan model kalibrasi yang terbentuk. Data
contoh uji yang berbeda tersebut dimasukkan ke model kalibrasi sehingga diperoleh nilai
variable respon yaitu nilai dari komponen kimia kayu.
Analisis data dilakukan dengan menghitung beberapa parameter statistik yaitu root
mean squared error calibration (RMSEC) dan koefisien determinasi (R2) kalibrasi untuk
mengukur kebaikan model, serta root mean square error prediction (RMSEP), R2
validasi dan korelasi (r) untuk menguji kemampuan model dalam memprediksi (validasi).
Root mean square error (RMSE) adalah pengukuran langsung dari kesalahan pendugaan
dan kesalahan pemodelan. RMSE mengekspresikan kesalahan rata-rata yang diharapkan
pada pendugaan dan merupakan ukuran yang baik dari model yang terbangun. Selain itu
biasanya ditentukan nilai ratio prediction to deviation (RPD). RPD merupakan rasio
antara standar deviasi (SD) contoh uji validasi dan nilai SEP. RPD yang tinggi juga
menjadi salah satu syarat diterimanya model kalibrasi. Nilai RPD antara 2.0 sampai 3.0
menggambarkan model yang dibangun dianggap memadai khususnya untuk produk yang
berkaitan dengan komoditas tanaman. Semakin tinggi nilai RPD suatu model maka
pemodelan yang dibangun dapat diterima sebagai alat untuk pendugaan. Menurut Maja et
al. (2010) nilai RPD merupakan indikator kualitas sebuah model kalibrasi. Persamaan (7)
dan (8) digunakan untuk menyelesaikan RMSE dan RPD.

..........................................................................(7)
.............................................................................................................(8)
adalah banyak contoh uji yang digunakan untuk membentuk model, adalah
dimana
nilai pengamatan kelompok ke-i pada kelompok data model,
adalah nilai dugaan
pengamatan ke-i. Gambar 3 menyajikan diagram alir penelitian yang dilakukan.

10

Mulai

Kayu mangium

Pengukuran spektrum NIR

Sampel kayu utuhan

Data
NIR
Pengukuran spektrum NIR

Sampel serbuk

A alisis ki iawi α-selulosa ,
hemiselulosa, lignin dan ekstraktif

Analisis multivariasi (PLS)
1/3 data validasi

2/3 data kalibrasi

Perlakuan awal spektra

Perlakuan awal spektra

Proses kalibrasi

Model kalibrasi dengan
kriteria RMSEC

Model kalibrasi dengan
kriteria RMSECV

Komponen kimia prediksi
NIR

Validasi

Tidak

Uji kualitas model
(R2, RMSEP, dan RPD)
Ya
Selesai

Gambar 3 Diagram alir penelitian

11

Penentuan Kadar Komponen Kimia Kayu Mangium Secara Kimia
Pengujian kimia dilakukan menggunakan contoh uji serbuk kayu lolos saringan 40
dan tertahan saringan 60 mesh. Komponen kimia kayu dianalisis secara kuantitatif
mengikuti prosedur standar TAPPI Volume 1 (1999). Komponen kimia kayu yang
dianalisis berdasarkan standar tersebut meliputi kadar holoselulosa, lignin, dan kelarutan
ekstraktif dalam alkohol-benzena. Kadar holoselulosa, lignin, dan kelarutan ekstraktif
dalam alkohol-benzena ditentukan masing-masing dengan TAPPI T 9 m-54, TAPPI T
222 om-88 dan TAPPI T 204 om-88. Untuk kadar hemiselulosa dilakukan dengan
mengurangkan kadar holoselulosa dengan α-selulosa.
Untuk kadar α-selulosa ditentukan di laboratorium dengan menggunakan contoh uji
dari serbuk holoselulosa. Sebanyak 2 g serbuk holoselulosa dimasukkan ke dalam gelas
piala 250 ml lalu ditambahkan 10 ml NaOH 17.5% pada suhu 20 oC. Setiap interval
waktu 5 menit ditambahkan 5 ml larutan NaOH 17.5% sebanyak 3 kali hingga total
volume 25 ml. Setelah itu contoh uji dibiarkan selama 30 menit kemudian ditambahkan
air destilata sebanyak 33 ml sambil diaduk dan dibiarkan selama 1 jam pada suhu 20 oC.
Contoh uji kemudian disaring lalu dibilas dengan 100 ml NaOH 8.3% dan dilanjutkan
dengan pembilasan menggunakan air destilata. Setelah itu contoh uji dikeringkan pada
suhu 103±2 oC selama 24 jam hingga konstan. Kadar α-selulosa dihitung dengan
persamaan:
...................................................................................(9)
α-selulosa (%) =
dimana A adalah berat α-selulosa (g) dan B adalah BKT bebas ekstraktif (g).

4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis Kimia
Komponen kimia kayu mangium yang diuji adalah α-selulosa, hemiselulosa, lignin
dan ekstraktif terlarut alkohol-benzena dari total 150 contoh uji. Data analisis kimia kayu
mangium dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Nilai rata-rata kandungan kimia kayu mangium
Komponen Kimia
α-selulosa (%)
Hemiselulosa (%)
Lignin (%)
Ekstraktif (%)

Umur (tahun)
5

6
a

50.33
21.97f
28.43g
5.91i

7
b

45.13
27.66e
26.28h
3.84k

44.21c
30.91d
27.42h
4.61j

Rata-rata
total
46.57
26.97
27.30
4.85

Simpangan
baku
3.28
4.52
2.24
2.21

Angka pada kolom yang diikuti oleh huruf yang sama menujukkan hasil tidak berbeda
nyata pada taraf nyata 5%

Hasil analisis sidik ragam pada Lampiran 1 menunjukkan bahwa umur kayu
berpengaruh terhadap kandungan kimia kayu mangium. Uji lanjut selang berganda
Duncan menunjukkan bahwa rata-rata kandungan kimia untuk α-selulosa, hemiselulosa
dan ekstraktif memiliki perbedaan yang nyata diantara 3 umur kayu tersebut. Sedangkan

12

pada lignin hanya kayu berumur 5 tahun yang berbeda nyata sedangkan pada umur 6 dan
7 tahun kandungan lignin berbeda tidak nyata.
Pengaruh umur yang signifikan terhadap kandungan kimia kayu diduga erat
kaitannya dengan pertumbuhan pohon. Pertumbuhan pohon sangat dipengaruhi oleh
banyak hal diantaranya adalah zat pengatur tumbuh seperti asam giberelin. Asam
giberelin merupakan hormon pada tanaman yang mempunyai pengaruh memacu
pertumbuhan, serta dapat meningkatkan pertumbuhan bunga, daun dan buah. Respon
tanaman pada asam giberelin meliputi peningkatan pembelahan sel dan pembesaran sel.
Menurut Davies (1995) asam giberelin merupakan hormon tanaman yang mempunyai
efek fisiologis perkembangan kambium dalam proses pembentukan berkas pengangkut.
Adanya hormon ini dapat meningkatkan jumlah floem yang terbentuk. Menurut
Mudyantini (2008) selulosa dan lignin sebagai unsur utama penyusun dinding sel akan
meningkat jumlahnya seiring dengan meningkatnya jumlah floem dalam kayu.
Ekstraktif terlarut dalam alkohol-benzena bervariasi seiring dengan penambahan
umur. Kandungan tertinggi terdapat pada kayu berumur 5 tahun, menurun pada umur 6
tahun dan kembali meningkat pada umur 7 tahun. Pada umur 5 tahun diduga terjadi
akumulasi senyawa ekstraktif dalam struktur kayu baik dalam dinding sel kayu maupun
lumen atau rongga sel yang diindikasikan oleh tingginya kelarutan dalam pelarut tersebut.
Menurunnya kadar kandungan ekstraktif dalam kayu seiring pertambahan umur juga
dilaporkan oleh Lukmandaru (2009) yang menunjukkan kayu jati yang berumur lebih tua
memiliki kandungan ekstraktif yang lebih rendah. Hal ini karena terjadinya polimerisasi
senyawa yang lebih intensif pada umur tua sehingga mempunyai lebih banyak senyawa
penyusun ekstraktif dengan berat molekul tinggi.
Nilai rata-rata selulosa, hemiselulosa dan lignin kayu mangium dalam penelitian ini
(Tabel 1) secara berturut-turut adalah 46.57%; 26.97% dan 27.30%. Nilai selulosa yang
diperoleh lebih rendah dibandingkan dengan nilai selulosa dari mangium yang berasal
dari Papua Nugini dan Indonesia Timur yang dilaporkan oleh (Syafii dan Siregar 2006)
yaitu masing-masing 48.62% dan 45.72%. Hal ini terjadi karena perbedaan tempat
tumbuh dari kayu mangium yang diteliti. Kesuburan tanah menggambarkan kualitas
tempat tumbuh yang berpengaruh terhadap pertumbuhan tanaman. Kualitas tempat
tumbuh merupakan gabungan dari banyak faktor lingkungan diantaranya jenis tanah,
kedalaman tanah, tekstur tanah, karakteristik profil tanah, komposisi mineral, kecuraman
lereng, arah lereng, dan iklim mikro.

Karakteristik Gelombang NIR Kayu Utuh dan Serbuk Kayu Mangium
Spektra absorban original kayu mangium hasil penelitian disajikan pada Gambar 4.
Spektra diperoleh dari 150 contoh uji menunjukkan tipe serapan yang umum terjadi pada
reflektan difusi spektroskopi bahan pertanian. Puncak dan lembah penyerapan gelombang
menunjukkan adanya perbedaan kandungan kimia dari kayu mangium. Semakin besar
kandungan kimia suatu bahan maka semakin besar pula kemampuan menyerapnya. Nilai
absorbansi ini dipengaruhi oleh jumlah dan tipe ikatan atom serta ukuran partikel contoh
uji (Osborne 1993).

Absorban

13

Absorban

a

b

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

Panjang gelombang (nm)

Gambar 4 Spektra absorban kayu mangium (a) kayu utuh (b) serbuk kayu
Dari Gambar 4 dapat dilihat bahwa spektra kayu utuh memiliki rentang absorbansi
yang lebih lebar dari spektra serbuk kayu. Absorbansi spektra kayu utuh berkisar antara
0.044 sampai 1.006, sedangkan serbuk kayu antara 0.049 sampai 0.587. Besarnya variasi
pada spektra kayu utuh menunjukkan terjadinya penghamburan spektra. Hal ini
disebabkan oleh kondisi permukaan yang berpori pada contoh uji kayu utuh sebagai
bentuk umum struktur kayu. Pada contoh uji serbuk struktur kayu sudah tidak utuh lagi.
Hal ini menyebabkan porositas pada serbuk kayu lebih rapat, sehingga meminimalisir
terjadinya penghamburan spektra.
Spektra rata-rata NIR yang diperoleh dari contoh uji kayu utuh dan serbuk kayu
dapat dilihat pada Gambar 5. Spektra kayu utuh memiliki nilai absorbansi yang lebih
tinggi dari spektra serbuk kayu. Perbedaan antara keduanya terus meningkat hingga
panjang gelombang 2500 nm. Perbedaan ini disebabkan oleh bervariasinya karakteristik
kayu pada permukaan bidang aksial yang menunjukkan adanya empulur, kayu teras
hingga gubal. Sedangkan pada contoh uji serbuk kayu variasi tersebut lebih rendah
karena contoh uji telah tercampur sehingga lebih homogen (Hein et al. 2010). Pernyataan
tersebut menjelaskan bahwa contoh uji yang heterogen memiliki daya serap gelombang
infra merah yang lebih tinggi dibandingkan contoh uji homogen.
Spektra pantulan hasil dari radiasi NIR dengan panjang gelombang 1000 sampai
2500 nm menunjukkan adanya puncak dan lembah gelombang dengan kapasitas berbeda
tergantung dari serapan gugus fungsi pada setiap jenis bahan organik. Penyinaran pada

14

molekul organik menyebabkan terjadinya penyerapan energi pada panjang gelombang
yang spesifik (Sandak et al. 2010).
0,7

Padat

0,6

Serbuk

Absorban

0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

Panjang gelombang (nm)

Gambar 5 Spektra rata-rata NIR kayu mangium
Cukup sulit untuk menginterpretasi spektra hanya berdasarkan spektra mentah atau
original dari hasil pemindaian NIR. Gambar 6 menunjukkan spektra NIR rata-rata setelah
perlakuan awal data second derivative-SNV. Menurut Johnson (2003) aplikasi perlakuan
awal pada rata-rata spektra NIR dilakukan untuk perbandingan visual dengan pergeseran
skalar. Variasi panjang gelombang sumbu X pada Gambar 6 menunjukkan perbedaan
karakteristik sifat kimia pada kayu dengan indeks serapan panjang gelombang spektra
NIR yang dapat dilihat pada Tabel