Karakteristik Kimia Kayu Reaksi Ulin (Eusideroxylon zwageri T. et B.)
KARAKTERISTIK KIMIA KAYU REAKSI ULIN
(Eusideroxylon zwageri T. et B.)
HENDRIYADI
DEPARTEMEN HASIL HUTAN
FAKULTAS KEHUTANAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Karakteristik Kimia
Kayu Reaksi Ulin (Eusideroxylon zwageri T. et B.) 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
skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, November 2013
Hendriyadi
NIM E24090081
ABSTRAK
HENDRIYADI. Karakteristik Kimia Kayu Reaksi Ulin (Eusideroxylon zwageri T.
et B.). Dibimbing oleh DEDED SARIP NAWAWI.
Kayu reaksi jenis kayu daun lebar umumnya mempunyai kadar lignin
klason lebih rendah, lignin terlarut asam lebih tinggi dan unit siringil lebih tinggi
dibandingkan dengan kayu opositnya. Kayu ulin mempunyai kadar lignin yang
tinggi dan kadar lignin terlarut asam yang rendah sehingga mendekati sifat kimia
lignin jenis kayu daun jarum. Untuk lebih memahami sifat kayu reaksi yang
terbentuk pada kayu ulin, maka dilakukan penelitian sifat kimia kayu reaksi ulin
dengan mengukur keragaman karakteristik kimia lignin (kadar lignin klason,
lignin terlarut asam, dan monomer penyusun lignin) dan kadar polisakarida pada
posisi kayu searah melingkar batang kayu reaksi. Secara visual, kayu reaksi
terbentuk pada bagian sisi atas batang kayu ulin. Kadar lignin klason pada bagian
kayu reaksi (32.71%) lebih rendah dibandingkan dengan kayu opositnya
(33.74%), tetapi kadar lignin terendah terdapat pada kayu samping (28.15%).
Lignin kayu ulin tersusun dari unit monomer siringil dan guaiasil dengan nisbah
siringil terhadap guaiasil rata-rata sebesar 0,2. Kadar lignin terlarut asam pada
kayu ulin sangat rendah (0.69%) yang berkorelasi positif dengan proporsi unit
siringil dalam lignin. Kadar polisakarida kayu reaksi (63.66%) lebih tinggi
dibandingkan dengan kayu opositnya (62.88%), tetapi kadar polisakarida tertinggi
terdapat pada kayu samping (64.19%).
Kata kunci: kayu reaksi, ulin, lignin, polisakarida, nisbah siringil-guaiasil
ABSTRACT
HENDRIYADI. Chemical Characteristic of Reaction Wood of Ulin
(Eusideroxylon zwageri T. et B.). Supervised by DEDED SARIP NAWAWI.
Reaction wood which formed in hardwood generally has a lower klason
lignin content, higher acid soluble lignin content, and higher syringil unit than
opposite wood. Ulin wood (E. zwageri) contains high klason lignin and low acid
soluble lignin contents which closed to lignin characteristic of softwood. This
experimental aimed to study the difference of chemical characteristic of reaction
wood (klason lignin content, acid soluble lignin content, and lignin monomer
composition) and polysaccharides content which formed in E. zwageri stem.
Visually, the reaction wood part was formed in upper side of leaning stem. Klason
lignin content in reaction wood part was lower (32.71%) than opposite wood
part (33.74%). However, the lowest lignin content was found in the side wood
part (28.15%). Lignin of E. zwageri was composed by syringyl and guaiacyl
monomer with average of syringil to guaisyl ratio 0,2. Acid soluble lignin content
in E. zwageri was very low (0.69%) that positively correlated with the proportion
of syringil unit in lignin. Polysaccharide content of reaction wood part (63.66%)
was higher than opposite wood part (62.88%), but the highest content
polysaccharides presented in the side wood part (64.19%).
Keywords: reaction
Polisaccharide
wood,
E.
zwageri,
lignin,
syringil-guaiasyl
ratio,
KARAKTERISTIK KIMIA KAYU REAKSI ULIN
(Eusideroxylon zwageri T. et B.)
HENDRIYADI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Kehutanan
pada
Departemen Hasil Hutan
DEPARTEMEN HASIL HUTAN
FAKULTAS KEHUTANAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Judul Skripsi : Karakteristik Kimia Kayu Reaksi Ulin (Eusideroxylon zwageri T.
et B.)
Nama
: Hendriyadi
NIM
: E24090081
Disetujui oleh
Ir Deded Sarip Nawawi, MSc
Pembimbing
Diketahui oleh
Prof Dr Ir I Wayan Darmawan, MSc
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian ini ialah kayu reaksi, dengan judul Karakteristik Kimia
Kayu Reaksi Ulin (Eusideroxylon zwageri T. et B.).
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Ir Deded Sarip Nawawi, MSc
selaku pembimbing. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada PT.
Pupuk Kalimantan Timur yang memberikan beasiswa selama masa studi dan
Taman Nasional Kutai yang telah mengijinkan pengambilan sampel, serta Panji
dan Ferdy yang membantu mencari dan mengambil sampel dilapangan. Ungkapan
terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, seluruh keluarga atas segala doa,
motivasi, dukungan, dan kasih sayangnya, serta teman-teman selama kuliah atas
saran dan masukannya dalam penulisan karya tulis ini.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi semua pihak yang membacanya.
Bogor, November 2013
Hendriyadi
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
x
DAFTAR GAMBAR
x
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
1
Manfaat Penelitian
2
METODE
2
Waktu dan Tempat Penelitian
2
Bahan dan Alat
2
Prosedur Penelitian
2
HASIL DAN PEMBAHASAN
5
Pembentukan Kayu Reaksi
5
Kadar Lignin
6
Kadar Lignin Terlarut Asam
8
Proporsi Monomer Penyusun Lignin
8
Keragaman Kadar Polisakarida Kayu
10
SIMPULAN DAN SARAN
12
Simpulan
12
Saran
12
DAFTAR PUSTAKA
12
RIWAYAT HIDUP
15
DAFTAR TABEL
1 Kadar lignin klason, lignin terlarut asam, dan total lignin pada batang
kayu reaksi ulin
2 Kadar holoselulosa dan alfa-selulosa pada kayu reaksi ulin
6
10
DAFTAR GAMBAR
1 Sampel kayu reaksi ulin
2 Penampang melintang kayu reaksi ulin
3 Nilai kadar lignin klason, lignin terlarut asam, dan lignin total pada
posisi melingkar batang kayu ulin
4 Nilai lignin terlarut asam dan rasio siringil pada posisi melingkar batang kayu
ulin
5 Korelasi antara lignin terlarut asam dan rasio siringil kayu reaksi ulin
6 Nilai kandungan holoselulosa, alfa-selulosa, dan lignin pada posisi melingkar
batang kayu ulin
3
5
7
9
9
11
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kayu merupakan salah satu dari produk biologis yang mempunyai sifat
beragam, baik antar jenis, antar pohon dalam satu jenis, maupun dalam satu pohon
yang sama. Selama pertumbuhan pohon dapat terjadi penyimpangan dari
pembentukan kayu normal akibat beban mekanis dari luar, yang disebut kayu
reaksi. Kayu reaksi dapat terbentuk pada batang pohon bengkok, tumbuh miring
atau pada bagian cabang sebagai akibat adanya gaya gravitasi atau tekanan seperti
adanya tiupan angin dan tajuk yang berat ke salah satu sisi. Pada jenis kayu daun
lebar, kayu reaksi ini disebut kayu tarik yang terbentuk pada bagian sisi atas
cabang atau batang pohon miring. Pada jenis kayu daun jarum, kayu reaksi
terbentuk pada bagian sisi bawah cabang atau batang pohon miring, dan disebut
kayu tekan (Timell 1986; Fisher 1985).
Kayu reaksi memiliki sifat anatomi dan kimia yang berbeda dibandingkan
dengan kayu normal. Salah satu perbedaan sifat kimia kayu reaksi yaitu kadar
lignin dan struktur kimianya (Xu et al. 2006; Yeh et al. 2006; Yoshizawa et al.
2000; Timell 1986). Kayu tekan pada jenis kayu daun jarum memiliki kadar lignin
lebih tinggi dibandingkan dengan kayu normal, sedangkan kayu tarik pada jenis
kayu daun lebar memiliki kadar lignin lebih rendah dibandingkan dengan kayu
normalnya. Selain itu, kayu reaksi mempunyai sifat-sifat yang lemah dan kurang
baik bila dibandingkan dengan kayu normal. Kayu reaksi dapat menyebabkan
permukaan papan kayu gergajian berserabut (woolly grain), dan pada saat
pengeringan sering mengalami cacat collapse yang tidak dapat dikembalikan,
sehingga papan menjadi melengkung ke arah luar sebagai akibat dari penyusutan
longitudinal yang sangat besar (Panshin dan de Zeeuw 1980).
Jenis kayu daun jarum umumnya memiliki kadar lignin yang lebih tinggi
dibandingkan dengan jenis kayu daun lebar, akan tetapi kayu daun jarum memiliki
kadar lignin terlarut asam yang sangat rendah (Rowell 1984; Fengel dan Wegener
1984). Berdasarkan penelitian Akiyama et al. (2005), kadar lignin terlarut asam
jenis kayu daun jarum sangat rendah (0.5%), sedangkan untuk jenis kayu daun
lebar sangat bervariasi mulai dari 1-5% (Fengel dan Wegener 1984). Sementara
itu, kayu ulin memiliki kadar lignin terlarut asam 0.65% dan kadar lignin klason
sekitar 39% dengan proporsi unit guaiasil dominan (nisbah siringil terhadap
guaiasil sebesar 0,2) yang memiliki sifat kimia lignin dekat dengan jenis kayu
daun jarum. Oleh sebab itu, penelitian karakteristik kimia kayu reaksi ulin
menjadi menarik karena adanya perbedaan karakteristik kimia kayu reaksi jenis
kayu daun jarum dengan jenis kayu daun lebar.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengukur keragaman karakteristik
kimia lignin kayu reaksi ulin (kadar lignin klason, lignin terlarut asam, monomer
penyusun lignin) dan kadar polisakarida kayu pada posisi kayu berbeda.
2
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai sifat
kimia kayu berupa polisakarida, lignin klason, lignin terlarut asam, dan nisbah
siringil-guaiasil dari bagian reaksi kayu ulin. Informasi ini dapat berkontribusi
pada pengembangan ilmu pengetahuan mengenai sifat kimia kayu dan sebagai
dasar dalam pemanfaatan kayu berbasis komponen kimianya.
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Desember 2012–Februari 2013 di
Laboratorium Kimia Hasil Hutan, Bagian Kimia Hasil Hutan, Departemen Hasil
Hutan, Fakultas Kehutanan Institut Pertanian Bogor, Laboratorium Kimia
Bersama, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian
Bogor, dan Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan Kementrian
Kehutanan di Bogor.
Bahan dan Alat
Bahan utama yang digunakan pada penelitian ini adalah pohon ulin (E.
zwageri) family Lauraceae. Kayu ini diperoleh dari Taman Nasional Kutai, Kutai
Timur, Kalimantan Timur. Contoh uji kayu berupa kayu reaksi pada batang utama
(diameter 20-25 cm, panjang 1 m sebanyak 1 batang) dan kayu reaksi pada cabang
(diameter 3-5 cm, panjang 15 cm sebanyak 1 batang). Bahan kimia yang
digunakan dalam penelitian ini terdiri atas etanol, toluena, asam sulfat, akuades,
natrium hidroksida, asam asetat, dan sodium hipoklorit.
Peralatan penelitian yang digunakan antara lain, willey mill, penyaring
bertingkat, oven, spektrofotometer, Pirolisis Gas Kromatografi-Spektrometri
Massa (Pyr-GC-MS), autoklaf, timbangan analitik, waterbath, soklet, gelas ukur,
desikator, pemanas air, erlenmeyer, corong, tabung reaksi, pipet, kertas saring,
kertas pH, alumunium foil, dan peralatan gelas.
Prosedur Penelitian
Penyiapan Sampel
Sampel kayu reaksi diambil dari pohon ulin yang tumbuh miring atau
melengkung dan cabangnya (Gambar 1). Kayu reaksi ditentukan berdasarkan
posisi jaringan kayu yang lebih lebar, jika pelebaran jaringan terbentuk pada
bagian sisi bawah batang miring atau cabang disebut kayu tekan, sedangkan jika
pelebaran jaringan kayu terbentuk pada bagian sisi atas batang miring atau cabang
disebut kayu tarik.
3
Gambar 1 Sampel kayu reaksi ulin.
Analisis kimia lignin dan polisakarida kayu reaksi dilakukan pada empat
posisi berbeda searah lingkaran batang. Untuk analisis kimia, sampel kayu dibuat
serbuk ukuran 40-60 mesh dengan alat willey mill dan penyaring bertingkat.
Kadar air serbuk kayu diukur sebagai faktor koreksi bobot sampel uji.
Ekstraksi Etanol-Toluena
Sebelum dilakukan analisis kimia, serbuk kayu dihilangkan zat ekstraktifnya
menggunakan campuran pelarut etanol toluena (TAPPI T 204 om 88). Serbuk
kayu sebanyak 10 g diekstraksi dengan 200 mL campuran etanol dan toluena (1:2,
v/v) sampai bening. Setelah ekstraksi etanol-toluena, sampel kayu kemudian
diekstraksi berturutan dengan etanol selama 24 jam, air panas selama 3 jam.
Serbuk kayu dikeringkan dalam oven pada suhu 103±2 °C hingga beratnya
konstan.
Penentuan Kadar Lignin Klason
Pengukuran kadar lignin dilakukan dengan metode klason yang
dimodifikasi (Dence 1992). Serbuk kayu sebanyak 0.5 g dihidrolisis dengan 5 mL
asam sulfat 72% selama 3 jam pada suhu ruangan. Hidrolisis dilanjutkan pada
konsentrasi asam sulfat 3% pada suhu 121 °C selama 30 menit dengan
menggunakan autoklaf. Padatan lignin disaring dan dicuci dengan akuades panas
hingga bebas asam. Padatan lignin klason dikeringkan dalam oven pada suhu
103±2 °C selama 24 jam, didinginkan dan ditimbang hingga beratnya konstan.
Kadar lignin klason dihitung dengan rumus:
Keterangan:
B = Berat lignin (g)
A = Berat serbuk (g)
4
Penentuan Kadar Lignin Terlarut Asam (Acid-Soluble lignin)
Kadar lignin terlarut asam diukur dari filtrat pengukuran lignin klason.
Filtrat hasil dari pengujian lignin klason digenapkan menjadi 500 mL. Lignin
terlarut asam diuji dengan menggunakan alat spektrofotometer UV pada panjang
gelombang 205 nm dengan koefisien absorbsi 110L/g.cm. Sebagai blanko
digunakan larutan asam sulfat hasil pengenceran dari 5 mL asam sulfat 72%
menjadi 500 mL. Konsentrasi lignin terlarut asam dihitung sebagai:
(
) (
)
Keterangan:
A
= Nilai absorpsi pada alat spektrofotometer
= Faktor pengenceran larutan
Kadar lignin terlarut asam dihitung:
(
)
Keterangan:
CV
= Konsentrasi lignin terlarut asam dalam liter
BKT = Berat sampel kayu
Penentuan Nisbah Siringil-Guaisil Penyusun Lignin
Penentuan monomer siringil dan guaiasil lignin diuji dengan menggunakan
alat Pirolisis Gas Kromatografi-Spektrometri Massa (Pyr-GC-MS). Proporsi
monomer penyusun lignin dinyatakan sebagai nisbah siringil terhadap guaiasil
(nisbah S/G).
Penentuan Kadar Holoselulosa
Serbuk kayu bebas ekstraktif sebanyak 2 g dimasukkan ke dalam
erlenmeyer dan ditambahkan secara berturut-turut 0.5 mL asam asetat glasial dan
1 g sodium hipoklorit. Sampel kemudian direaksikan pada suhu 70-80 °C dengan
menggunakan waterbath. Setiap penambahan waktu reaksi selama satu jam,
ditambahkan lagi 0.5 mL asam asetat glasial dan 1 g sodium hipoklorit.
Penambahan asam asetat dan sodium hipoklorit dilakukan hingga total lima kali
penambahan.
Sampel kemudian disaring dengan kertas saring yang telah dioven dan
diketahui bobotnya. Holoselulosa dicuci dengan akuades panas dan ditambahkan
25 mL asam asetat 10% lalu dibilas dengan akuades panas hingga bebas asam.
Sampel dioven dengan suhu 103±2 °C dan ditimbang hingga beratnya konstan.
5
Penentuan Kadar Alfa-Selulosa
Sebanyak 1 g serbuk holoselulosa ditempatkan dalam erlenmeyer 250 mL,
kemudian 10 mL NaOH 17.5% dicampurkan pada serbuk holoselulosa tersebut
dan direaksikan pada suhu 20 °C sambil diaduk. Pada waktu 5, 10, dan 15 menit
ditambahkan 5 mL NaOH 17.5% kemudian ditutup dengan gelas arloji dan
dibiarkan sampai 45 menit. Setelah itu, ditambahkan 33 mL akuades ke dalam
sampel dan didiamkan selama 1 jam. Sampel disaring dengan kertas saring lalu
dibilas dengan 100 mL NaOH 8.3%. Setelah itu, sampel dibilas dengan 15 mL
asam asetat 10% kemudian dibilas dengan akuades hingga bebas asam. Sampel
dioven pada suhu 103±2 °C dan ditimbang hingga beratnya konstan.
Analisis Data
Pengolahan data dilakukan menggunakan Microsoft Excel 2013 terhadap
rata-rata nilai dari masing-masing dua ulangan.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pembentukan Kayu Reaksi
Kayu ulin termasuk ke dalam kelompok kayu angiospermae yang juga
dikenal sebagai jenis kayu daun lebar. Secara visual, jaringan kayu reaksi pada
kayu ulin terbentuk pada bagian sisi atas batang yang membengkok (Gambar 2)
seperti umumnya jenis kayu daun lebar (angiospermae). Pada jenis kayu daun
lebar, bagian kayu yang lebih luas pada bagian sisi atas batang ini disebut kayu
tarik. Panshin dan de Zeeuw (1980) mengungkapkan bahwa kayu tarik biasanya
terbentuk pada sisi atas dari bagian lengkungan kayu daun lebar. Pembentukan
kayu tarik pada jenis kayu daun lebar umumnya disertai dengan kadar lignin yang
lebih rendah dan kadar selulosa yang lebih tinggi dibandingkan dengan kayu
opositnya (Sjostrom 1991; Fengel dan Wegener 1984), walaupun pembentukan
kayu reaksi pada kayu daun lebar lebih kompleks dengan distribusinya dalam
bagian kayu ditemukan sangat beragam (Timell 1984). Bahkan, pada beberapa
kayu daun lebar (angiospermae) ditemukan membentuk jaringan kayu reaksi pada
bagian bawah batang miring, seperti pada kayu Buxus macrophyllus (Yoshizawa
et al. 1999), dan Buxus semvervirens (Bailleres et al. 1997), serta cabang kayu
Viburnum odoratissimum (Wang et al. 2009; Wang et al. 2010). Oleh sebab itu,
karakterisasi kayu reaksi harus didukung pula oleh karakteristik kimia lignin dan
polisakaridanya.
6
Gambar 2 Penampang melintang kayu reaksi ulin.
Kadar Lignin
Distribusi kadar lignin pada kayu reaksi ulin (Tabel 1) yang termasuk jenis
angiospermae tidak sejelas distribusi lignin seperti pada kayu reaksi tekan dari
kayu daun jarum. Pada batang kayu reaksi tekan dari jenis kayu daun jarum,
kecenderungan kadar lignin sangat jelas dengan terbentuknya kayu reaksi (Timell
1984).
Tabel 1 Kadar lignin klason, lignin terlarut asam, dan total lignin pada kayu reaksi
ulin
Lignin
Posisi
Jenis kayu
Lignin
Nisbah
sampel
Klason
Total
terlarut asam
S/G
0°
32.71
0.70
33.41
0.33
90°
28.15
0.68
28.83
0.23
Batang kayu
ulin
180°
33.74
0.73
34.47
0.29
270°
33.29
0.64
33.93
0.22
Rata-rata
32.00
0.69
32.66
0.21
0°
32.54
0.77
33.31
Cabang kayu
ulin
180°
32.13
0.74
32.87
Keterangan: 0°: bagian kayu reaksi; 180°: bagian kayu oposit; 90° dan 270°:
bagian kayu samping
Dalam jenis kayu daun lebar, umumnya kadar lignin berkecenderungan
menurun dari bagian kayu oposit ke arah bagian kayu reaksi sesuai arah melingkar
batang. Berdasarkan Gambar 3, walaupun kadar lignin kayu reaksi (posisi 0o)
lebih rendah dibandingkan dengan kayu oposit (posisi 180o) seperti umumnya
kayu reaksi kayu daun lebar, akan tetapi kadar lignin terendah terdapat pada
sampel kayu posisi 90o. Hal ini diduga bagian kayu dengan pembentukan kayu
reaksi tarik tertinggi terdapat pada posisi 90o yang diasumsikan bahwa beban yang
bekerja pada posisi 90o lebih tinggi dibandingkan dengan pada posisi 0°. Hal
serupa juga ditemukan pada kayu tarik sengon (Hadi 2008), pada kayu tarik
sengon terjadi ketidakteraturan dengan kandungan lignin terendah pada bagian
kayu samping.
Timell (1984) menyatakan bahwa pada kayu daun lebar (hardwood)
seringkali pembentukan kayu reaksinya terdistribusi secara menyebar pada bagian
7
batang kayu, dan hal ini menyebabkan tidak adanya kecenderungan yang cukup
jelas. Perbedaan kadar lignin ini dapat dipengaruhi oleh pembentukan kayu reaksi
akibat kombinasi dari gaya gravitasi, arah angin, lahan tempat tumbuh yang
miring, dan tajuk yang berat ke salah satu sisi (Bamber 2001). Bagian kayu yang
mendapat beban lebih tinggi cenderung menjadi lebih lebar disertai pembentukan
lapisan gelatin yang tidak mengandung lignin. Lapisan gelatin ini kaya akan
selulosa serta polisakarida non selulosa tertentu, yang dilaporkan beragam
terutama terdiri dari xyloglukan atau rhamnogalakturonan (Nishikubo et al. 2007).
Klason
Total lignin
Lignin terlarut asam
1
35
0,9
30
0,8
25
0,7
20
0,6
15
0,5
Lignin terlarut asam (%)
Lignin klason dan total lignin (%)
40
0,4
10
0°
90°
180°
270°
360°
Posisi sampel
Gambar 3 Nilai kadar lignin klason, lignin terlarut asam, dan total lignin pada
posisi melingkar batang kayu ulin (0°: bagian kayu reaksi; 180°:
bagian kayu oposit; 90° dan 270°: bagian kayu samping).
Pada bagian cabang, walaupun perbedaan sangat kecil, kadar lignin dari
bagian sisi atas cabang lebih tinggi dibandingkan dengan kayu bagian sisi
bawahnya. Sering kali komponen kimia kayu pada kayu reaksi daun lebar
terdistribusi beragam pada posisi melingkar, seperti halnya pada batang kayu ulin.
Kadar lignin pada kayu reaksi umumnya lebih tinggi pada kayu bagian sisi bawah
batang. Keberadaan jaringan kayu reaksi pada bagian sisi bawah batang tekan
dalam angiospermae sebelumnya juga telah dilaporkan, yang terjadi pada kayu
Buxus microphylla dan Buxus sempervirens (Yoshizawa et al. 1993; Bailleres et
al. 1997) dan angiospermae primitif lainnya seperti Pseudowintera colorata
(Meylan 1981), dan kayu Hebe salicifolia (Kojima et al. 2012). Wang et al.
(2010) berpendapat bahwa pengembalian batang pohon yang bengkok dapat
diakibatkan oleh perbedaan jumlah dan struktur lignin pada sisi atas dan sisi
bawah. Pada kayu daun lebar sering kali ditemukan penyebaran kayu reaksi yang
tidak merata. Hal ini juga dapat dimungkinkan pada bagian cabang masih pada
tahap awal pertumbuhan sehingga kadar lignin pada bagian atas menjadi sedikit
lebih tinggi.
8
Kadar Lignin Terlarut Asam
Kadar lignin ditentukan dengan metode klason yang menghasilkan fraksi
padat dan fraksi terlarut. Fraksi yang terlarut ini selanjutnya diukur dengan
spektrofotometer dan disebut sebagai lignin terlarut asam (Matsushita et al. 2004;
Yasuda et al. 2001). Lignin terlarut asam terkadang diabaikan dalam penentuan
kandungan lignin karena nilainya yang sangat kecil, akan tetapi pada jenis kayu
daun lebar nilai lignin terlarut asam tidak bisa diabaikan karena nilai ini
berkontribusi cukup besar bahkan dalam kayu api-api kadar lignin terlarut asam
mencapai 25% dari lignin total (Akiyama et al. 2005).
Lignin terlarut asam pada komponen kimia kayu terbentuk dari lignin yang
terikat pada polisakarida dengan ikatan benzilik eter, benzilik ester, dan glikosida
(Matsushita et al. 2004). Lignin yang berikatan dengan polisakarida ini dikenal
dengan lignin-carbohydrate complex (LCC). LCC tersebut pada perlakuan asam
3% akan memecah polisakarida menjadi monosakarida yang dapat larut (Yasuda
et al. 2001).
Kadar lignin terlarut asam kayu ulin sebesar 0.69%. Nilai ini hampir sama
dengan nilai lignin terlarut asam kayu ulin hasil penelitian sebelumnya (Akiyama
et al. 2005) yaitu 0.65%. Nilai lignin terlarut asam yang sangat rendah ini mirip
dengan lignin terlarut asam pada jenis kayu daun jarum dan juga diikuti dengan
kadar lignin yang tinggi (Akiyama et al. 2005; Fengel dan Weneger 1984; Timell
1986). Namun dari posisi melingkar batang kadar lignin terlarut asam sangat
beragam dan tidak konsisten. Bahkan antar bagian kayu gubal dan teras pun
terjadi perbedaan pada kandungan lignin terlarut asam (Nawawi dan Sari 2011).
Proporsi Monomer Penyusun Lignin
Lignin pada kayu ulin terutama disusun oleh unit siringil dan unit guaiasil.
Sjostrom (1993) mengatakan lignin kayu daun lebar yang terdiri dari unit siringil
dan guaiasil disebut siringil-guaiasil (S-G) lignin. Pada jenis kayu daun lebar unit
siringil mendominasi monomer penyusun lignin seperti yang ditemukan pada
beberapa jenis kayu daun lebar (Akiyama et al. 2005; Bailleres et al. 1997; Hadi
2008; Nawawi dan Sari 2011). Hal yang berbeda ditemukan pada monomer
penyusun lignin kayu ulin. Pada kayu ulin unit guaiasil lebih mendominasi
dibandingkan unit siringil dengan nilai nisbah rata-rata pada posisi melingkar
batang adalah 0,2. Nilai ini memperkuat temuan Akiyama et al. (2005).
Unit siringil dan unit guaiasil berperan besar terhadap reaktivitas lignin dan
pembentukan lignin terlarut asam. Pada saat proses hidrolisis lignin guaiasil dan
lignin siringil akan terdegradasi, kemudian lignin guaiasil akan berkondensasi
kembali membentuk ikatan yang stabil dan tidak larut pada perlakuan asam sulfat
72% yang kemudian disebut lignin klason. Lignin siringil juga akan terhidrolisis,
tetapi akan terlarut pada perlakuan asam sulfat 3%, kemudian akan terkondensasi
dengan unit yang sama dan karbohidrat lain, serta reaksi-reaksi lainnya yang
kemudian menghasilkan lignin terlarut asam dan lignin klason yang tidak terlarut
(Matsushita et al. 2004).
Hasil penelitian yang dilakukan menunjukkan adanya korelasi yang positif
antara lignin terlarut asam dengan nisbah siringil-guaiasil. Semakin tinggi kadar
lignin terlarut asam, nisbah siringil-guaiasil juga semakin tinggi. Hal ini
9
mengindikasikan adanya lignin siringil yang terlarut dengan jumlah yang besar
pada saat hidrolisis pada perlakuan asam 72% dan 3%. Ini juga ditunjukkan oleh
nilai R2=0,5601 yang menunjukkan adanya korelasi cukup erat antara lignin
terlarut asam dan proporsi siringil pada kayu reaksi ulin. Unit siringil ini selain
berkondensasi kembali dengan sesama unit monomer yang lain, juga
berkondensasi dengan polisakarida dan telah dibuktikan pada penelitian yang
dilakukan Matsushita et al. (2004). Selain itu, Akiyama et al. (2005) menemukan
bahwa kayu daun lebar dengan kandungan metoksil yang tinggi, menghasilkan
kandungan lignin terlarut asam yang tinggi. Kadar lignin terlarut asam dari kayu
reaksi ulin beragam pada posisi melingkar batang (Gambar 4), yang diikuti oleh
rasio siringil-guaiasil.
0,95
0,4
Lignin terlarut asam
0,35
0,85
0,3
0,8
0,25
0,75
0,2
0,7
0,15
0,65
0,6
0,1
0,55
0,05
Rasio siringil-guaiasil
Lignin terlarut asam (%)
0,9
Rasio siringil-guaiasil
0
0,5
0°
90°
180°
270°
360°
Posisi sampel
Gambar 4 Nilai lignin terlarut asam dan rasio siringil-guaiasil pada posisi
melingkar batang kayu ulin (0°: bagian kayu reaksi; 180°: bagian
kayu oposit; 90° dan 270°: bagian kayu samping).
0,9
Lignin terlarut asam (%)
0,85
0,8
0,75
0,7
0,65
0,6
0,55
y = 0,8588x + 0,5063
R² = 0,5435
0,5
0,45
0,4
0,15
0,17
0,19
0,21
0,23
0,25
0,27
Rasio siringil-guaiasil
Gambar 5 Korelasi antara lignin terlarut asam dan rasio siringil-guaiasil kayu
reaksi ulin.
Dari Gambar 5 terlihat bahwa semakin meningkatnya rasio siringil-guaiasil,
lignin terlarut asam juga meningkat dan terjadi sebaliknya. Hal yang sama
10
ditemukan pada pada kayu tarik api-api dan sengon (Kusudiandaru 2009). Hal ini
memperkuat dugaan bahwa lignin terlarut asam mempunyai hubungan yang erat
dengan reaktivitas molekul lignin dalam kondisi asam. Seperti yang dikatakan
Yasuda et al. (2001) bahwa unit siringil memiliki reaktivitas yang tinggi selama
reaksi kondensasi dalam perlakuan asam sulfat 72% dan berikatan dengan
karbohidrat menghasilkan glikosida dengan ikatan karbon-karbon (C-C). Akiyama
et al. (2005) juga menemukan adanya korelasi positif antara lignin terlarut asam
dan kandungan metoksil. Kandungan metoksil ini sangat dipengaruhi oleh jumlah
dari unit siringil dan guaisil. Unit siringil mempunyai peran yang besar dalam
pembentukan lignin terlarut asam karena lignin pada kayu daun lebar proporsi
monomer penyusun lignin sebagian besar tersusun oleh monomer siringil. Hal ini
dapat disebabkan oleh unit siringil sendiri yang mempunyai 2 unit gugus fungsi
metoksil pada C-3 dan C-5, sedangkan unit guaiasil hanya memiliki 1 unit gugus
fungsi pada C-3 yang menyebabkan reaktivitas unit siringil menjadi lebih besar.
Keragaman Kadar Polisakarida Kayu
Bamber (2001) mengemukakan teori dasar untuk menjelaskan
perkembangan tegangan p t m
p
y t
, y t “cellulose tension
theory”. D m
t ori ini menyatakan bahwa tegangan pertumbuhan kayu tarik
berasal dari sifat kontraksi kristalit selulosa dan lignin tidak mempunyai bagian
dalam pembentukan tegangan pertumbuhan. Satu-satunya peran lignin adalah
pada ikatan mikrofibril dan sel-sel yang menjadi massa kohesif sehingga tegangan
disebarkan melalui kayu.
Tabel 2 Kadar holoselulosa dan alfa-selulosa pada kayu reaksi ulin
Holoselulosa
Jenis kayu
Posisi sampel
Alfa-selulosa (%)
(%)
0°
63.66
50.04
90°
64.08
50.69
Batang kayu ulin
180°
62.68
49.73
270°
64.19
50.28
0°
66.50
48.11
Cabang kayu ulin
180°
67.31
48.50
Keterangan: 0°: bagian kayu reaksi; 180°: bagian kayu oposit; 90° dan 270°:
bagian kayu samping
Kayu reaksi pada batang kayu ulin memiliki kadar holoselulosa yang
beragam (Tabel 2). Kadar holoselulosa pada bagian kayu tarik (63.66%) lebih
tinggi dibandingkan dengan bagian kayu oposit (62.68%). Pada umumnya di
bagian kayu tarik terjadi penebalan dinding sel yang dicirikan oleh terjadinya
pelebaran pada sisi kayu tarik. Penebalan dinding sel ini biasanya diikuti dengan
adanya lapisan gelatin (Nishikubo et al. 2007; Qiu et al. 2008). Pada jenis kayu
daun lebar, lapisan gelatin merupakan penciri dari jenis ini. Lapisan gelatin
terbentuk pada serat yang dipengaruhi oleh morfologi dan komposisi kimia
(Ruelle et al. 2007). Pada awalnya diyakini bahwa lapisan gelatin ini hampir
seluruh komponennya tersusun dari selulosa murni dengan sudut mikrofibril yang
rendah, akan tetapi penelitian terbaru menunjukkan bahwa lapisan gelatin
bukanlah tersusun dari selulosa murni. Nishikubo et al. (2007) menemukan
11
adanya xyloglukan dalam kayu tarik poplar. Bowling dan Vaughn (2008) juga
menemukan adanya rhamnogalakturonan I (RG I), arabinogalaktan (AG), dan
protein-protein arabinogalaktan (AGP) dalam kayu tarik sweetgum dan hackberry,
kemudian RG I ini diyakini oleh Bowling dan Vaughn (2008) memberi
ketegangan yang ditimbulkan dari lapisan gelatin, bukan dari selulosa. Temuantemuan ini juga memperkuat penelitian yang dilakukan oleh Clair et al. (2006)
bahwa lapisan gelatin bukanlah faktor utama dalam pembentukan kayu reaksi
yang digunakan untuk mengembalikan posisi batang yang miring ke arah vertikal.
Dalam kayu reaksi ulin terlihat tidak ada keteraturan kadar polisakarida
yang jelas (Gambar 6). Pada kayu samping memiliki kadar polisakarida yang
lebih tinggi dibandingkan dengan kayu tarik. Ketidakteraturan kadar polisakarida
kayu pada arah melingkar batang kayu reaksi juga terjadi pada kayu sengon (Hadi
2008). Tidak adanya konsistensi komponen kimia pada kayu reaksi dapat
disebabkan kesalahan dari identifikasi kayu reaksi secara detail ataupun
purubahan kadar komponen kimia yang beragam dari setiap sisi pada batang kayu
reaksi yang disebabkan oleh berbagai hal, misalnya dipengaruhi oleh gen yang
diteliti pada cabang eukaliptus (Qiu et al. 2008).
Holoselulosa
Alfa-selulosa
Total lignin
44,00
65,00
42,00
63,00
40,00
61,00
38,00
59,00
36,00
57,00
34,00
55,00
32,00
53,00
30,00
51,00
28,00
49,00
26,00
Total lignin (%)
Holoselulosa dan alfa-selulosa (%)
67,00
24,00
47,00
0°
90°
180°
Posisi sampel
270°
360°
Gambar 6 Nilai kandungan holoselulosa, alfa-selulosa, dan lignin pada posisi
melingkar batang kayu ulin (0°: bagian kayu reaksi; 180°: bagian kayu
oposit; 90°dan 270°: bagian kayu samping).
Pada bagian cabang ditemukan kadar polisakarida pada kayu reaksi tidak
jauh berbeda dibandingkan dengan kayu opositnya. Hal ini diperkirakan lapisan
gelatin tidak terbentuk atau lapisan gelatin masih sedikit. Fisher dan Stevenson
(1981) menunjukkan bahwa serat xylem dalam cabang bagian atas yang diambil
pada 122 jenis dikotil, 56 jenis diantaranya tidak ditemukan adanya lapisan gelatin.
Hal serupa juga ditemukan oleh Clair et al. (2006) yang tidak menemukan lapisan
gelatin pada 13 jenis dari 21 jenis kayu tropis yang diteliti. Pada beberapa jenis
kayu daun lebar, selulosa merupakan faktor utama yang memberikan tekanan tarik
untuk mengembalikan batang yang miring atau bengkok ke arah vertikal (Ruelle
12
et al. 2007). Namun ada beberapa kasus pada jenis kayu daun lebar dimana
selulosa tidak menjadi faktor utama dalam pembentukan tekanan tarik (Fisher dan
Stevenson 1981; Clair et al. 2007). Oleh sebab itu, identifikasi kayu reaksi
kelihatannya akan lebih lengkap jika dikombinasikan antara karakteristik kimia
dengan tekanan pertumbuhan dalam jaringan kayu.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Kadar lignin klason, lignin terlarut asam, dan polisakarida kayu ulin tidak
menunjukkan keteraturan yang jelas pada posisi arah melingkar batang. Kadar
lignin klason pada kayu reaksi (32.71%) lebih rendah dibandingkan dengan kayu
opositnya (33.74%), tetapi kadar lignin terendah terdapat pada bagian kayu
samping. Lignin kayu ulin tersusun dari unit siringil dan unit guaiasil dengan unit
guaiasil lebih dominan (nisbah siringil terhadap guaiasil rata-rata sebesar 0,2).
Kadar lignin terlarut asam pada kayu ulin sangat rendah (0.69%) yang berkorelasi
positif dengan proporsi unit siringil dalam lignin. Kadar polisakarida pada kayu
reaksi (63.66%) lebih tinggi dibandingkan kayu opositnya (62.68%), tetapi kadar
polisakarida tertinggi terdapat pada kayu samping.
Saran
Penelitian tentang karakteristik kayu reaksi jenis kayu daun lebar
memerlukan penelitian sinergis antara sifat kimia dan tegangan pertumbuhan
dalam penentuan kayu reaksi.
DAFTAR PUSTAKA
Akiyama T, Goto H, Nawawi DS, Syafii W, Matsumoto Y, Meshitsuka G. 2005.
Erythro/threo ratio
β-O-4 structures as an important structural
characteristic of lignin. Part 4: Variation in the erythro/threo ratio in
softwood and hardwood lignins and its relation to syringyl/guaiacyl ratio.
Holzforschung. 59:276-281.doi:10.1515/HF.2005.045.
Bailleres H, Castan M, Monties B, Pollet B, Lapierre C. 1997. Lignin structure in
Buxus sempervirens reaction wood. Phytochemistry. 44:35-39
Bamber RK. 2001. A general theory for the origin of growth stresses in reaction
wood: how trees stay upright. IAWA J. 22:205–212.
Bowling AJ, Vaughn KC. 2008. Immunocytochemical characterization of tension
wood: gelatinous fibers contain more than just cellulose. American J
Botany. 95(6):655-663.
Clair B, Ruelle J, Beauchene J, Prevost MF, Fournier M. 2006a. Tension wood
and opposite wood in 21 tropical rain forest species 1. Occurrence and
efficiency of the g-layer. IAWA J. 27:329–338.
13
Dence CW. 1992. The Determination of Lignin. In; Lin SY, Dence CW (Eds).
Method in Lignin Chemistry. Berlin (DE): Spinger-Verlag.
Fengel D, Weneger G. 1984. Wood: Chemistry, Ultrastructure, Reactions. Berlin
(DE): Walter de Gruyter & Co.
Fisher JB. 1985. Induction of reaction wood in Terminalia (Combretaceae): roles
of gravity and stress. Annals of Botany. 55:237-248.
Fisher JB, Stevenson JW. 1981. Occurrence of reaction wood in branches of
dicotyledons and its role in tree architecture. Bot Gaz. 142:82–95.
Hadi TG. 2008. Sifat kimia kayu tarik sengon (Paraserianthes falcataria L.
Nielsen) [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Haygreen JG, Bowyer JL. 1989. Hasil Hutan dan Ilmu Kayu, Suatu Pengantar.
Ed ke-3. Hadikusumo SA, penerjemah. Yogyakarta (ID): UGM Press.
Terjemahan dari: Forest Produt and Wood Science, an Introduction.
Kusudiandaru S. 2009. Lignin terlarut asam (acid soluble lignin) dalam kayu tarik
api-api (Avicennia sp.) dan sengon (Paraserianthes falcataria L. Nielsen)
[skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Kojima M, Becker VK, Altaner CM. 2012. An unusual form of reaction wood in
koromiko [Hebe salicifolia G. Forst. (Pennell)], a southern hemisphere
angiosperm. Planta. 235:289–297.doi:10.1007/s00425-011-1503-z.
Matsushita Y, Kakehi A, Miyawaki S, Yasuda S. 2004. Formation and chemical
structures of acid-soluble lignin II: reaction of aromatic nuclei model
compounds with xylan in the presence of a counterpart for condensation,
and behavior of lignin model compounds with guaiacyl and syringyl nuclei
in 72% sulfuric acid. J Wood Sci. 50:136–141.doi:10.1007/s10086-0030543-9.
Nawawi DS, Sari DL. 2011. Keragaman kadar lignin pada jenis kayu daun lebar
tropis. J Ilmu dan Teknologi Hasil Hutan. 4(2):65-69.
Meylan BA .1981. Reaction wood in Pseudowintera colorata – a vessel-less
dicotyledon. Wood Sci Technol. 15:81–92.
Nishikubo N, Awano T, Banasiak A, Bourquin V, Ibatullin F, Funada R, Brumer
H, Teeri TT, Hayashi T, Sundberg B et al. 2007. Xyloglucan endotransglycosylase (XET) functions in gelatinous layers of tension wood fibers
in poplar – a glimpse into the mechanism of the balancing act of trees. Plant
& Cell Physiology. 48: 843–855.doi:10.1093/pcp/pcm055.
Panshin AJ, Carl de Zeeuw. 1980. Textbook of Wood Technology. 3rd Ed. New
York (US): McGrow-Hill Book Company.
Qiu D, Wilson IW, Gan S, Washusen R, Moran GF, Southern SG. 2008. Gene
expression in Eucalyptus branch wood with marked variation in cellulose
microfibril orientation and lacking g-layers. New Phytologist. 179:94103.doi:10.1111/j.1469-8137.2008.02439.x.
Rowell RM. 1984. The Chemistry of Solid Wood. Washington (US): American
Chemical Society.
Ruelle J, Yamamoto H, Thibaut B. 2007. Growth stress and cellulose structural
parameters in tension and normal wood from three tropical rainforest
angiosperms species. BioResources. 2(2):235-251.
Sjostrom, E. 1993. Wood Chemistry Fundamentals and Applications. 2nd ed.
Academic press, San Diego. pp. 86–87; 7–11.
TAPPI. 1996. TAPPI Test Methods. Atlanta (GE): TAPPI Press.
14
Timell TE. 1986. Compression Wood in Gymnosperms. Berlin (DE): Springer
Verlag.
Wang Y, Gril J, Sugiyama J. 2009. Variation in xylem formation of Viburnum
odoratissimum var. awabuki: growth strain and related anatomical features
of branches exhibiting unusual eccentric growth. Tree Physiology. 29:707–
713.doi:10.1093/treephys/tpp007.
Wang Y, Gril J, Clair B, Minato K, Sugiyama J. 2010.Wood properties and
chemical composition of the eccentric growth branch of Viburnum
odoratissum
var.
awabuki.
Tree
Struct
Funct.
24:541549.doi:10.1007/s00468-010-0425-x.
Xu F, Sun RC, Lu Q, Jones GL. 2006. Comparative study of anatomy and lignin
distribution in normal and tension wood of Salix gordejecii. Wood Sci
Technol. 40: 358–370.doi:10.1007/s00226-005-0049-2.
Yeh TF, Braun JL, Goldfrab B, Chang HM, Kadla JF. 2006. Morphological and
chemical variations between juvenile wood, mature wood, and compression
wood of loblolly pine (Pinus taeda L.). Holzforschung. 60:18.doi:10.1515/HF.2006.001.
Yoshizawa N, Satoh M, Yokota S, Idei T .1993. Formation and structure of
reaction wood in Buxus microphylla var. insularis Nakai. Wood Sci Technol.
27:1–10.
Yoshizawa N, Inami A, Miyake S, Ishiguri F, Yokota S. 2000. Anatomy and
lignin distribution of reaction wood in two Magnolia species. Wood Sci
Technol. 34:183-196.
15
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bontang tanggal 29 Juli 1991 yang merupakan putra ke
tiga dari lima bersaudara pasangan bapak Hermansyah dan ibu Masrana. Tahun
2009 penulis lulus dari SMK Negeri 1 Bontang dan pada tahun yang sama
diterima sebagai mahasiswa Institut Pertanian Bogor melalui jalur Beasiswa
Utusan Daerah IPB (BUD). Penulis memilih Mayor Teknologi Hasil Hutan,
Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan.
Selama menempuh pendidikan di Fakultas Kehutanan, penulis telah
mengikuti beberapa kegiatan praktik lapang antara lain Praktik Pengenalan
Ekosistem Hutan (PPEH) di Hutan Mangrove Sancang Timur dan Gunung
Papandayan pada tahun 2011, Praktik Pengelolaan Hutan (PPH) di Hutan
Pendidikan Gunung Walat, KPH Cianjur, Taman Nasional Halimun Salak, dan
PGT Sindangwangi pada tahun 2012, dan Praktik Kerja Lapang (PKL) pada tahun
2013 di PT Riau Andalan Pulp and Paper, Riau.
Selain aktif mengikuti perkuliahan, penulis juga aktif berorganisasi dan
pernah menjadi anggota Divisi Kelompok Minat Kimia Hasil Hutan Mahasiswa
Hasil Hutan pada tahun 2010, anggota divisi eksternal Dewan Perwakilan
Mahasiswa Fakultas Kehutanan IPB pada tahun 2010, dan berbagai kegiatan
kepanitiaan.
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Kehutanan dari
Institut Pertanian Bogor, penulis melaksanakan penelitian dan menyelesaikan
p y
j
“Karakteristik Kimia Kayu Reaksi Ulin (Eusideroxylon
zwageri T. et B.)”
w
m
I Deded Sarip Nawawi, MSc.
(Eusideroxylon zwageri T. et B.)
HENDRIYADI
DEPARTEMEN HASIL HUTAN
FAKULTAS KEHUTANAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Karakteristik Kimia
Kayu Reaksi Ulin (Eusideroxylon zwageri T. et B.) 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
skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, November 2013
Hendriyadi
NIM E24090081
ABSTRAK
HENDRIYADI. Karakteristik Kimia Kayu Reaksi Ulin (Eusideroxylon zwageri T.
et B.). Dibimbing oleh DEDED SARIP NAWAWI.
Kayu reaksi jenis kayu daun lebar umumnya mempunyai kadar lignin
klason lebih rendah, lignin terlarut asam lebih tinggi dan unit siringil lebih tinggi
dibandingkan dengan kayu opositnya. Kayu ulin mempunyai kadar lignin yang
tinggi dan kadar lignin terlarut asam yang rendah sehingga mendekati sifat kimia
lignin jenis kayu daun jarum. Untuk lebih memahami sifat kayu reaksi yang
terbentuk pada kayu ulin, maka dilakukan penelitian sifat kimia kayu reaksi ulin
dengan mengukur keragaman karakteristik kimia lignin (kadar lignin klason,
lignin terlarut asam, dan monomer penyusun lignin) dan kadar polisakarida pada
posisi kayu searah melingkar batang kayu reaksi. Secara visual, kayu reaksi
terbentuk pada bagian sisi atas batang kayu ulin. Kadar lignin klason pada bagian
kayu reaksi (32.71%) lebih rendah dibandingkan dengan kayu opositnya
(33.74%), tetapi kadar lignin terendah terdapat pada kayu samping (28.15%).
Lignin kayu ulin tersusun dari unit monomer siringil dan guaiasil dengan nisbah
siringil terhadap guaiasil rata-rata sebesar 0,2. Kadar lignin terlarut asam pada
kayu ulin sangat rendah (0.69%) yang berkorelasi positif dengan proporsi unit
siringil dalam lignin. Kadar polisakarida kayu reaksi (63.66%) lebih tinggi
dibandingkan dengan kayu opositnya (62.88%), tetapi kadar polisakarida tertinggi
terdapat pada kayu samping (64.19%).
Kata kunci: kayu reaksi, ulin, lignin, polisakarida, nisbah siringil-guaiasil
ABSTRACT
HENDRIYADI. Chemical Characteristic of Reaction Wood of Ulin
(Eusideroxylon zwageri T. et B.). Supervised by DEDED SARIP NAWAWI.
Reaction wood which formed in hardwood generally has a lower klason
lignin content, higher acid soluble lignin content, and higher syringil unit than
opposite wood. Ulin wood (E. zwageri) contains high klason lignin and low acid
soluble lignin contents which closed to lignin characteristic of softwood. This
experimental aimed to study the difference of chemical characteristic of reaction
wood (klason lignin content, acid soluble lignin content, and lignin monomer
composition) and polysaccharides content which formed in E. zwageri stem.
Visually, the reaction wood part was formed in upper side of leaning stem. Klason
lignin content in reaction wood part was lower (32.71%) than opposite wood
part (33.74%). However, the lowest lignin content was found in the side wood
part (28.15%). Lignin of E. zwageri was composed by syringyl and guaiacyl
monomer with average of syringil to guaisyl ratio 0,2. Acid soluble lignin content
in E. zwageri was very low (0.69%) that positively correlated with the proportion
of syringil unit in lignin. Polysaccharide content of reaction wood part (63.66%)
was higher than opposite wood part (62.88%), but the highest content
polysaccharides presented in the side wood part (64.19%).
Keywords: reaction
Polisaccharide
wood,
E.
zwageri,
lignin,
syringil-guaiasyl
ratio,
KARAKTERISTIK KIMIA KAYU REAKSI ULIN
(Eusideroxylon zwageri T. et B.)
HENDRIYADI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Kehutanan
pada
Departemen Hasil Hutan
DEPARTEMEN HASIL HUTAN
FAKULTAS KEHUTANAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Judul Skripsi : Karakteristik Kimia Kayu Reaksi Ulin (Eusideroxylon zwageri T.
et B.)
Nama
: Hendriyadi
NIM
: E24090081
Disetujui oleh
Ir Deded Sarip Nawawi, MSc
Pembimbing
Diketahui oleh
Prof Dr Ir I Wayan Darmawan, MSc
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian ini ialah kayu reaksi, dengan judul Karakteristik Kimia
Kayu Reaksi Ulin (Eusideroxylon zwageri T. et B.).
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Ir Deded Sarip Nawawi, MSc
selaku pembimbing. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada PT.
Pupuk Kalimantan Timur yang memberikan beasiswa selama masa studi dan
Taman Nasional Kutai yang telah mengijinkan pengambilan sampel, serta Panji
dan Ferdy yang membantu mencari dan mengambil sampel dilapangan. Ungkapan
terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, seluruh keluarga atas segala doa,
motivasi, dukungan, dan kasih sayangnya, serta teman-teman selama kuliah atas
saran dan masukannya dalam penulisan karya tulis ini.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi semua pihak yang membacanya.
Bogor, November 2013
Hendriyadi
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
x
DAFTAR GAMBAR
x
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
1
Manfaat Penelitian
2
METODE
2
Waktu dan Tempat Penelitian
2
Bahan dan Alat
2
Prosedur Penelitian
2
HASIL DAN PEMBAHASAN
5
Pembentukan Kayu Reaksi
5
Kadar Lignin
6
Kadar Lignin Terlarut Asam
8
Proporsi Monomer Penyusun Lignin
8
Keragaman Kadar Polisakarida Kayu
10
SIMPULAN DAN SARAN
12
Simpulan
12
Saran
12
DAFTAR PUSTAKA
12
RIWAYAT HIDUP
15
DAFTAR TABEL
1 Kadar lignin klason, lignin terlarut asam, dan total lignin pada batang
kayu reaksi ulin
2 Kadar holoselulosa dan alfa-selulosa pada kayu reaksi ulin
6
10
DAFTAR GAMBAR
1 Sampel kayu reaksi ulin
2 Penampang melintang kayu reaksi ulin
3 Nilai kadar lignin klason, lignin terlarut asam, dan lignin total pada
posisi melingkar batang kayu ulin
4 Nilai lignin terlarut asam dan rasio siringil pada posisi melingkar batang kayu
ulin
5 Korelasi antara lignin terlarut asam dan rasio siringil kayu reaksi ulin
6 Nilai kandungan holoselulosa, alfa-selulosa, dan lignin pada posisi melingkar
batang kayu ulin
3
5
7
9
9
11
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kayu merupakan salah satu dari produk biologis yang mempunyai sifat
beragam, baik antar jenis, antar pohon dalam satu jenis, maupun dalam satu pohon
yang sama. Selama pertumbuhan pohon dapat terjadi penyimpangan dari
pembentukan kayu normal akibat beban mekanis dari luar, yang disebut kayu
reaksi. Kayu reaksi dapat terbentuk pada batang pohon bengkok, tumbuh miring
atau pada bagian cabang sebagai akibat adanya gaya gravitasi atau tekanan seperti
adanya tiupan angin dan tajuk yang berat ke salah satu sisi. Pada jenis kayu daun
lebar, kayu reaksi ini disebut kayu tarik yang terbentuk pada bagian sisi atas
cabang atau batang pohon miring. Pada jenis kayu daun jarum, kayu reaksi
terbentuk pada bagian sisi bawah cabang atau batang pohon miring, dan disebut
kayu tekan (Timell 1986; Fisher 1985).
Kayu reaksi memiliki sifat anatomi dan kimia yang berbeda dibandingkan
dengan kayu normal. Salah satu perbedaan sifat kimia kayu reaksi yaitu kadar
lignin dan struktur kimianya (Xu et al. 2006; Yeh et al. 2006; Yoshizawa et al.
2000; Timell 1986). Kayu tekan pada jenis kayu daun jarum memiliki kadar lignin
lebih tinggi dibandingkan dengan kayu normal, sedangkan kayu tarik pada jenis
kayu daun lebar memiliki kadar lignin lebih rendah dibandingkan dengan kayu
normalnya. Selain itu, kayu reaksi mempunyai sifat-sifat yang lemah dan kurang
baik bila dibandingkan dengan kayu normal. Kayu reaksi dapat menyebabkan
permukaan papan kayu gergajian berserabut (woolly grain), dan pada saat
pengeringan sering mengalami cacat collapse yang tidak dapat dikembalikan,
sehingga papan menjadi melengkung ke arah luar sebagai akibat dari penyusutan
longitudinal yang sangat besar (Panshin dan de Zeeuw 1980).
Jenis kayu daun jarum umumnya memiliki kadar lignin yang lebih tinggi
dibandingkan dengan jenis kayu daun lebar, akan tetapi kayu daun jarum memiliki
kadar lignin terlarut asam yang sangat rendah (Rowell 1984; Fengel dan Wegener
1984). Berdasarkan penelitian Akiyama et al. (2005), kadar lignin terlarut asam
jenis kayu daun jarum sangat rendah (0.5%), sedangkan untuk jenis kayu daun
lebar sangat bervariasi mulai dari 1-5% (Fengel dan Wegener 1984). Sementara
itu, kayu ulin memiliki kadar lignin terlarut asam 0.65% dan kadar lignin klason
sekitar 39% dengan proporsi unit guaiasil dominan (nisbah siringil terhadap
guaiasil sebesar 0,2) yang memiliki sifat kimia lignin dekat dengan jenis kayu
daun jarum. Oleh sebab itu, penelitian karakteristik kimia kayu reaksi ulin
menjadi menarik karena adanya perbedaan karakteristik kimia kayu reaksi jenis
kayu daun jarum dengan jenis kayu daun lebar.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengukur keragaman karakteristik
kimia lignin kayu reaksi ulin (kadar lignin klason, lignin terlarut asam, monomer
penyusun lignin) dan kadar polisakarida kayu pada posisi kayu berbeda.
2
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai sifat
kimia kayu berupa polisakarida, lignin klason, lignin terlarut asam, dan nisbah
siringil-guaiasil dari bagian reaksi kayu ulin. Informasi ini dapat berkontribusi
pada pengembangan ilmu pengetahuan mengenai sifat kimia kayu dan sebagai
dasar dalam pemanfaatan kayu berbasis komponen kimianya.
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Desember 2012–Februari 2013 di
Laboratorium Kimia Hasil Hutan, Bagian Kimia Hasil Hutan, Departemen Hasil
Hutan, Fakultas Kehutanan Institut Pertanian Bogor, Laboratorium Kimia
Bersama, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian
Bogor, dan Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan Kementrian
Kehutanan di Bogor.
Bahan dan Alat
Bahan utama yang digunakan pada penelitian ini adalah pohon ulin (E.
zwageri) family Lauraceae. Kayu ini diperoleh dari Taman Nasional Kutai, Kutai
Timur, Kalimantan Timur. Contoh uji kayu berupa kayu reaksi pada batang utama
(diameter 20-25 cm, panjang 1 m sebanyak 1 batang) dan kayu reaksi pada cabang
(diameter 3-5 cm, panjang 15 cm sebanyak 1 batang). Bahan kimia yang
digunakan dalam penelitian ini terdiri atas etanol, toluena, asam sulfat, akuades,
natrium hidroksida, asam asetat, dan sodium hipoklorit.
Peralatan penelitian yang digunakan antara lain, willey mill, penyaring
bertingkat, oven, spektrofotometer, Pirolisis Gas Kromatografi-Spektrometri
Massa (Pyr-GC-MS), autoklaf, timbangan analitik, waterbath, soklet, gelas ukur,
desikator, pemanas air, erlenmeyer, corong, tabung reaksi, pipet, kertas saring,
kertas pH, alumunium foil, dan peralatan gelas.
Prosedur Penelitian
Penyiapan Sampel
Sampel kayu reaksi diambil dari pohon ulin yang tumbuh miring atau
melengkung dan cabangnya (Gambar 1). Kayu reaksi ditentukan berdasarkan
posisi jaringan kayu yang lebih lebar, jika pelebaran jaringan terbentuk pada
bagian sisi bawah batang miring atau cabang disebut kayu tekan, sedangkan jika
pelebaran jaringan kayu terbentuk pada bagian sisi atas batang miring atau cabang
disebut kayu tarik.
3
Gambar 1 Sampel kayu reaksi ulin.
Analisis kimia lignin dan polisakarida kayu reaksi dilakukan pada empat
posisi berbeda searah lingkaran batang. Untuk analisis kimia, sampel kayu dibuat
serbuk ukuran 40-60 mesh dengan alat willey mill dan penyaring bertingkat.
Kadar air serbuk kayu diukur sebagai faktor koreksi bobot sampel uji.
Ekstraksi Etanol-Toluena
Sebelum dilakukan analisis kimia, serbuk kayu dihilangkan zat ekstraktifnya
menggunakan campuran pelarut etanol toluena (TAPPI T 204 om 88). Serbuk
kayu sebanyak 10 g diekstraksi dengan 200 mL campuran etanol dan toluena (1:2,
v/v) sampai bening. Setelah ekstraksi etanol-toluena, sampel kayu kemudian
diekstraksi berturutan dengan etanol selama 24 jam, air panas selama 3 jam.
Serbuk kayu dikeringkan dalam oven pada suhu 103±2 °C hingga beratnya
konstan.
Penentuan Kadar Lignin Klason
Pengukuran kadar lignin dilakukan dengan metode klason yang
dimodifikasi (Dence 1992). Serbuk kayu sebanyak 0.5 g dihidrolisis dengan 5 mL
asam sulfat 72% selama 3 jam pada suhu ruangan. Hidrolisis dilanjutkan pada
konsentrasi asam sulfat 3% pada suhu 121 °C selama 30 menit dengan
menggunakan autoklaf. Padatan lignin disaring dan dicuci dengan akuades panas
hingga bebas asam. Padatan lignin klason dikeringkan dalam oven pada suhu
103±2 °C selama 24 jam, didinginkan dan ditimbang hingga beratnya konstan.
Kadar lignin klason dihitung dengan rumus:
Keterangan:
B = Berat lignin (g)
A = Berat serbuk (g)
4
Penentuan Kadar Lignin Terlarut Asam (Acid-Soluble lignin)
Kadar lignin terlarut asam diukur dari filtrat pengukuran lignin klason.
Filtrat hasil dari pengujian lignin klason digenapkan menjadi 500 mL. Lignin
terlarut asam diuji dengan menggunakan alat spektrofotometer UV pada panjang
gelombang 205 nm dengan koefisien absorbsi 110L/g.cm. Sebagai blanko
digunakan larutan asam sulfat hasil pengenceran dari 5 mL asam sulfat 72%
menjadi 500 mL. Konsentrasi lignin terlarut asam dihitung sebagai:
(
) (
)
Keterangan:
A
= Nilai absorpsi pada alat spektrofotometer
= Faktor pengenceran larutan
Kadar lignin terlarut asam dihitung:
(
)
Keterangan:
CV
= Konsentrasi lignin terlarut asam dalam liter
BKT = Berat sampel kayu
Penentuan Nisbah Siringil-Guaisil Penyusun Lignin
Penentuan monomer siringil dan guaiasil lignin diuji dengan menggunakan
alat Pirolisis Gas Kromatografi-Spektrometri Massa (Pyr-GC-MS). Proporsi
monomer penyusun lignin dinyatakan sebagai nisbah siringil terhadap guaiasil
(nisbah S/G).
Penentuan Kadar Holoselulosa
Serbuk kayu bebas ekstraktif sebanyak 2 g dimasukkan ke dalam
erlenmeyer dan ditambahkan secara berturut-turut 0.5 mL asam asetat glasial dan
1 g sodium hipoklorit. Sampel kemudian direaksikan pada suhu 70-80 °C dengan
menggunakan waterbath. Setiap penambahan waktu reaksi selama satu jam,
ditambahkan lagi 0.5 mL asam asetat glasial dan 1 g sodium hipoklorit.
Penambahan asam asetat dan sodium hipoklorit dilakukan hingga total lima kali
penambahan.
Sampel kemudian disaring dengan kertas saring yang telah dioven dan
diketahui bobotnya. Holoselulosa dicuci dengan akuades panas dan ditambahkan
25 mL asam asetat 10% lalu dibilas dengan akuades panas hingga bebas asam.
Sampel dioven dengan suhu 103±2 °C dan ditimbang hingga beratnya konstan.
5
Penentuan Kadar Alfa-Selulosa
Sebanyak 1 g serbuk holoselulosa ditempatkan dalam erlenmeyer 250 mL,
kemudian 10 mL NaOH 17.5% dicampurkan pada serbuk holoselulosa tersebut
dan direaksikan pada suhu 20 °C sambil diaduk. Pada waktu 5, 10, dan 15 menit
ditambahkan 5 mL NaOH 17.5% kemudian ditutup dengan gelas arloji dan
dibiarkan sampai 45 menit. Setelah itu, ditambahkan 33 mL akuades ke dalam
sampel dan didiamkan selama 1 jam. Sampel disaring dengan kertas saring lalu
dibilas dengan 100 mL NaOH 8.3%. Setelah itu, sampel dibilas dengan 15 mL
asam asetat 10% kemudian dibilas dengan akuades hingga bebas asam. Sampel
dioven pada suhu 103±2 °C dan ditimbang hingga beratnya konstan.
Analisis Data
Pengolahan data dilakukan menggunakan Microsoft Excel 2013 terhadap
rata-rata nilai dari masing-masing dua ulangan.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pembentukan Kayu Reaksi
Kayu ulin termasuk ke dalam kelompok kayu angiospermae yang juga
dikenal sebagai jenis kayu daun lebar. Secara visual, jaringan kayu reaksi pada
kayu ulin terbentuk pada bagian sisi atas batang yang membengkok (Gambar 2)
seperti umumnya jenis kayu daun lebar (angiospermae). Pada jenis kayu daun
lebar, bagian kayu yang lebih luas pada bagian sisi atas batang ini disebut kayu
tarik. Panshin dan de Zeeuw (1980) mengungkapkan bahwa kayu tarik biasanya
terbentuk pada sisi atas dari bagian lengkungan kayu daun lebar. Pembentukan
kayu tarik pada jenis kayu daun lebar umumnya disertai dengan kadar lignin yang
lebih rendah dan kadar selulosa yang lebih tinggi dibandingkan dengan kayu
opositnya (Sjostrom 1991; Fengel dan Wegener 1984), walaupun pembentukan
kayu reaksi pada kayu daun lebar lebih kompleks dengan distribusinya dalam
bagian kayu ditemukan sangat beragam (Timell 1984). Bahkan, pada beberapa
kayu daun lebar (angiospermae) ditemukan membentuk jaringan kayu reaksi pada
bagian bawah batang miring, seperti pada kayu Buxus macrophyllus (Yoshizawa
et al. 1999), dan Buxus semvervirens (Bailleres et al. 1997), serta cabang kayu
Viburnum odoratissimum (Wang et al. 2009; Wang et al. 2010). Oleh sebab itu,
karakterisasi kayu reaksi harus didukung pula oleh karakteristik kimia lignin dan
polisakaridanya.
6
Gambar 2 Penampang melintang kayu reaksi ulin.
Kadar Lignin
Distribusi kadar lignin pada kayu reaksi ulin (Tabel 1) yang termasuk jenis
angiospermae tidak sejelas distribusi lignin seperti pada kayu reaksi tekan dari
kayu daun jarum. Pada batang kayu reaksi tekan dari jenis kayu daun jarum,
kecenderungan kadar lignin sangat jelas dengan terbentuknya kayu reaksi (Timell
1984).
Tabel 1 Kadar lignin klason, lignin terlarut asam, dan total lignin pada kayu reaksi
ulin
Lignin
Posisi
Jenis kayu
Lignin
Nisbah
sampel
Klason
Total
terlarut asam
S/G
0°
32.71
0.70
33.41
0.33
90°
28.15
0.68
28.83
0.23
Batang kayu
ulin
180°
33.74
0.73
34.47
0.29
270°
33.29
0.64
33.93
0.22
Rata-rata
32.00
0.69
32.66
0.21
0°
32.54
0.77
33.31
Cabang kayu
ulin
180°
32.13
0.74
32.87
Keterangan: 0°: bagian kayu reaksi; 180°: bagian kayu oposit; 90° dan 270°:
bagian kayu samping
Dalam jenis kayu daun lebar, umumnya kadar lignin berkecenderungan
menurun dari bagian kayu oposit ke arah bagian kayu reaksi sesuai arah melingkar
batang. Berdasarkan Gambar 3, walaupun kadar lignin kayu reaksi (posisi 0o)
lebih rendah dibandingkan dengan kayu oposit (posisi 180o) seperti umumnya
kayu reaksi kayu daun lebar, akan tetapi kadar lignin terendah terdapat pada
sampel kayu posisi 90o. Hal ini diduga bagian kayu dengan pembentukan kayu
reaksi tarik tertinggi terdapat pada posisi 90o yang diasumsikan bahwa beban yang
bekerja pada posisi 90o lebih tinggi dibandingkan dengan pada posisi 0°. Hal
serupa juga ditemukan pada kayu tarik sengon (Hadi 2008), pada kayu tarik
sengon terjadi ketidakteraturan dengan kandungan lignin terendah pada bagian
kayu samping.
Timell (1984) menyatakan bahwa pada kayu daun lebar (hardwood)
seringkali pembentukan kayu reaksinya terdistribusi secara menyebar pada bagian
7
batang kayu, dan hal ini menyebabkan tidak adanya kecenderungan yang cukup
jelas. Perbedaan kadar lignin ini dapat dipengaruhi oleh pembentukan kayu reaksi
akibat kombinasi dari gaya gravitasi, arah angin, lahan tempat tumbuh yang
miring, dan tajuk yang berat ke salah satu sisi (Bamber 2001). Bagian kayu yang
mendapat beban lebih tinggi cenderung menjadi lebih lebar disertai pembentukan
lapisan gelatin yang tidak mengandung lignin. Lapisan gelatin ini kaya akan
selulosa serta polisakarida non selulosa tertentu, yang dilaporkan beragam
terutama terdiri dari xyloglukan atau rhamnogalakturonan (Nishikubo et al. 2007).
Klason
Total lignin
Lignin terlarut asam
1
35
0,9
30
0,8
25
0,7
20
0,6
15
0,5
Lignin terlarut asam (%)
Lignin klason dan total lignin (%)
40
0,4
10
0°
90°
180°
270°
360°
Posisi sampel
Gambar 3 Nilai kadar lignin klason, lignin terlarut asam, dan total lignin pada
posisi melingkar batang kayu ulin (0°: bagian kayu reaksi; 180°:
bagian kayu oposit; 90° dan 270°: bagian kayu samping).
Pada bagian cabang, walaupun perbedaan sangat kecil, kadar lignin dari
bagian sisi atas cabang lebih tinggi dibandingkan dengan kayu bagian sisi
bawahnya. Sering kali komponen kimia kayu pada kayu reaksi daun lebar
terdistribusi beragam pada posisi melingkar, seperti halnya pada batang kayu ulin.
Kadar lignin pada kayu reaksi umumnya lebih tinggi pada kayu bagian sisi bawah
batang. Keberadaan jaringan kayu reaksi pada bagian sisi bawah batang tekan
dalam angiospermae sebelumnya juga telah dilaporkan, yang terjadi pada kayu
Buxus microphylla dan Buxus sempervirens (Yoshizawa et al. 1993; Bailleres et
al. 1997) dan angiospermae primitif lainnya seperti Pseudowintera colorata
(Meylan 1981), dan kayu Hebe salicifolia (Kojima et al. 2012). Wang et al.
(2010) berpendapat bahwa pengembalian batang pohon yang bengkok dapat
diakibatkan oleh perbedaan jumlah dan struktur lignin pada sisi atas dan sisi
bawah. Pada kayu daun lebar sering kali ditemukan penyebaran kayu reaksi yang
tidak merata. Hal ini juga dapat dimungkinkan pada bagian cabang masih pada
tahap awal pertumbuhan sehingga kadar lignin pada bagian atas menjadi sedikit
lebih tinggi.
8
Kadar Lignin Terlarut Asam
Kadar lignin ditentukan dengan metode klason yang menghasilkan fraksi
padat dan fraksi terlarut. Fraksi yang terlarut ini selanjutnya diukur dengan
spektrofotometer dan disebut sebagai lignin terlarut asam (Matsushita et al. 2004;
Yasuda et al. 2001). Lignin terlarut asam terkadang diabaikan dalam penentuan
kandungan lignin karena nilainya yang sangat kecil, akan tetapi pada jenis kayu
daun lebar nilai lignin terlarut asam tidak bisa diabaikan karena nilai ini
berkontribusi cukup besar bahkan dalam kayu api-api kadar lignin terlarut asam
mencapai 25% dari lignin total (Akiyama et al. 2005).
Lignin terlarut asam pada komponen kimia kayu terbentuk dari lignin yang
terikat pada polisakarida dengan ikatan benzilik eter, benzilik ester, dan glikosida
(Matsushita et al. 2004). Lignin yang berikatan dengan polisakarida ini dikenal
dengan lignin-carbohydrate complex (LCC). LCC tersebut pada perlakuan asam
3% akan memecah polisakarida menjadi monosakarida yang dapat larut (Yasuda
et al. 2001).
Kadar lignin terlarut asam kayu ulin sebesar 0.69%. Nilai ini hampir sama
dengan nilai lignin terlarut asam kayu ulin hasil penelitian sebelumnya (Akiyama
et al. 2005) yaitu 0.65%. Nilai lignin terlarut asam yang sangat rendah ini mirip
dengan lignin terlarut asam pada jenis kayu daun jarum dan juga diikuti dengan
kadar lignin yang tinggi (Akiyama et al. 2005; Fengel dan Weneger 1984; Timell
1986). Namun dari posisi melingkar batang kadar lignin terlarut asam sangat
beragam dan tidak konsisten. Bahkan antar bagian kayu gubal dan teras pun
terjadi perbedaan pada kandungan lignin terlarut asam (Nawawi dan Sari 2011).
Proporsi Monomer Penyusun Lignin
Lignin pada kayu ulin terutama disusun oleh unit siringil dan unit guaiasil.
Sjostrom (1993) mengatakan lignin kayu daun lebar yang terdiri dari unit siringil
dan guaiasil disebut siringil-guaiasil (S-G) lignin. Pada jenis kayu daun lebar unit
siringil mendominasi monomer penyusun lignin seperti yang ditemukan pada
beberapa jenis kayu daun lebar (Akiyama et al. 2005; Bailleres et al. 1997; Hadi
2008; Nawawi dan Sari 2011). Hal yang berbeda ditemukan pada monomer
penyusun lignin kayu ulin. Pada kayu ulin unit guaiasil lebih mendominasi
dibandingkan unit siringil dengan nilai nisbah rata-rata pada posisi melingkar
batang adalah 0,2. Nilai ini memperkuat temuan Akiyama et al. (2005).
Unit siringil dan unit guaiasil berperan besar terhadap reaktivitas lignin dan
pembentukan lignin terlarut asam. Pada saat proses hidrolisis lignin guaiasil dan
lignin siringil akan terdegradasi, kemudian lignin guaiasil akan berkondensasi
kembali membentuk ikatan yang stabil dan tidak larut pada perlakuan asam sulfat
72% yang kemudian disebut lignin klason. Lignin siringil juga akan terhidrolisis,
tetapi akan terlarut pada perlakuan asam sulfat 3%, kemudian akan terkondensasi
dengan unit yang sama dan karbohidrat lain, serta reaksi-reaksi lainnya yang
kemudian menghasilkan lignin terlarut asam dan lignin klason yang tidak terlarut
(Matsushita et al. 2004).
Hasil penelitian yang dilakukan menunjukkan adanya korelasi yang positif
antara lignin terlarut asam dengan nisbah siringil-guaiasil. Semakin tinggi kadar
lignin terlarut asam, nisbah siringil-guaiasil juga semakin tinggi. Hal ini
9
mengindikasikan adanya lignin siringil yang terlarut dengan jumlah yang besar
pada saat hidrolisis pada perlakuan asam 72% dan 3%. Ini juga ditunjukkan oleh
nilai R2=0,5601 yang menunjukkan adanya korelasi cukup erat antara lignin
terlarut asam dan proporsi siringil pada kayu reaksi ulin. Unit siringil ini selain
berkondensasi kembali dengan sesama unit monomer yang lain, juga
berkondensasi dengan polisakarida dan telah dibuktikan pada penelitian yang
dilakukan Matsushita et al. (2004). Selain itu, Akiyama et al. (2005) menemukan
bahwa kayu daun lebar dengan kandungan metoksil yang tinggi, menghasilkan
kandungan lignin terlarut asam yang tinggi. Kadar lignin terlarut asam dari kayu
reaksi ulin beragam pada posisi melingkar batang (Gambar 4), yang diikuti oleh
rasio siringil-guaiasil.
0,95
0,4
Lignin terlarut asam
0,35
0,85
0,3
0,8
0,25
0,75
0,2
0,7
0,15
0,65
0,6
0,1
0,55
0,05
Rasio siringil-guaiasil
Lignin terlarut asam (%)
0,9
Rasio siringil-guaiasil
0
0,5
0°
90°
180°
270°
360°
Posisi sampel
Gambar 4 Nilai lignin terlarut asam dan rasio siringil-guaiasil pada posisi
melingkar batang kayu ulin (0°: bagian kayu reaksi; 180°: bagian
kayu oposit; 90° dan 270°: bagian kayu samping).
0,9
Lignin terlarut asam (%)
0,85
0,8
0,75
0,7
0,65
0,6
0,55
y = 0,8588x + 0,5063
R² = 0,5435
0,5
0,45
0,4
0,15
0,17
0,19
0,21
0,23
0,25
0,27
Rasio siringil-guaiasil
Gambar 5 Korelasi antara lignin terlarut asam dan rasio siringil-guaiasil kayu
reaksi ulin.
Dari Gambar 5 terlihat bahwa semakin meningkatnya rasio siringil-guaiasil,
lignin terlarut asam juga meningkat dan terjadi sebaliknya. Hal yang sama
10
ditemukan pada pada kayu tarik api-api dan sengon (Kusudiandaru 2009). Hal ini
memperkuat dugaan bahwa lignin terlarut asam mempunyai hubungan yang erat
dengan reaktivitas molekul lignin dalam kondisi asam. Seperti yang dikatakan
Yasuda et al. (2001) bahwa unit siringil memiliki reaktivitas yang tinggi selama
reaksi kondensasi dalam perlakuan asam sulfat 72% dan berikatan dengan
karbohidrat menghasilkan glikosida dengan ikatan karbon-karbon (C-C). Akiyama
et al. (2005) juga menemukan adanya korelasi positif antara lignin terlarut asam
dan kandungan metoksil. Kandungan metoksil ini sangat dipengaruhi oleh jumlah
dari unit siringil dan guaisil. Unit siringil mempunyai peran yang besar dalam
pembentukan lignin terlarut asam karena lignin pada kayu daun lebar proporsi
monomer penyusun lignin sebagian besar tersusun oleh monomer siringil. Hal ini
dapat disebabkan oleh unit siringil sendiri yang mempunyai 2 unit gugus fungsi
metoksil pada C-3 dan C-5, sedangkan unit guaiasil hanya memiliki 1 unit gugus
fungsi pada C-3 yang menyebabkan reaktivitas unit siringil menjadi lebih besar.
Keragaman Kadar Polisakarida Kayu
Bamber (2001) mengemukakan teori dasar untuk menjelaskan
perkembangan tegangan p t m
p
y t
, y t “cellulose tension
theory”. D m
t ori ini menyatakan bahwa tegangan pertumbuhan kayu tarik
berasal dari sifat kontraksi kristalit selulosa dan lignin tidak mempunyai bagian
dalam pembentukan tegangan pertumbuhan. Satu-satunya peran lignin adalah
pada ikatan mikrofibril dan sel-sel yang menjadi massa kohesif sehingga tegangan
disebarkan melalui kayu.
Tabel 2 Kadar holoselulosa dan alfa-selulosa pada kayu reaksi ulin
Holoselulosa
Jenis kayu
Posisi sampel
Alfa-selulosa (%)
(%)
0°
63.66
50.04
90°
64.08
50.69
Batang kayu ulin
180°
62.68
49.73
270°
64.19
50.28
0°
66.50
48.11
Cabang kayu ulin
180°
67.31
48.50
Keterangan: 0°: bagian kayu reaksi; 180°: bagian kayu oposit; 90° dan 270°:
bagian kayu samping
Kayu reaksi pada batang kayu ulin memiliki kadar holoselulosa yang
beragam (Tabel 2). Kadar holoselulosa pada bagian kayu tarik (63.66%) lebih
tinggi dibandingkan dengan bagian kayu oposit (62.68%). Pada umumnya di
bagian kayu tarik terjadi penebalan dinding sel yang dicirikan oleh terjadinya
pelebaran pada sisi kayu tarik. Penebalan dinding sel ini biasanya diikuti dengan
adanya lapisan gelatin (Nishikubo et al. 2007; Qiu et al. 2008). Pada jenis kayu
daun lebar, lapisan gelatin merupakan penciri dari jenis ini. Lapisan gelatin
terbentuk pada serat yang dipengaruhi oleh morfologi dan komposisi kimia
(Ruelle et al. 2007). Pada awalnya diyakini bahwa lapisan gelatin ini hampir
seluruh komponennya tersusun dari selulosa murni dengan sudut mikrofibril yang
rendah, akan tetapi penelitian terbaru menunjukkan bahwa lapisan gelatin
bukanlah tersusun dari selulosa murni. Nishikubo et al. (2007) menemukan
11
adanya xyloglukan dalam kayu tarik poplar. Bowling dan Vaughn (2008) juga
menemukan adanya rhamnogalakturonan I (RG I), arabinogalaktan (AG), dan
protein-protein arabinogalaktan (AGP) dalam kayu tarik sweetgum dan hackberry,
kemudian RG I ini diyakini oleh Bowling dan Vaughn (2008) memberi
ketegangan yang ditimbulkan dari lapisan gelatin, bukan dari selulosa. Temuantemuan ini juga memperkuat penelitian yang dilakukan oleh Clair et al. (2006)
bahwa lapisan gelatin bukanlah faktor utama dalam pembentukan kayu reaksi
yang digunakan untuk mengembalikan posisi batang yang miring ke arah vertikal.
Dalam kayu reaksi ulin terlihat tidak ada keteraturan kadar polisakarida
yang jelas (Gambar 6). Pada kayu samping memiliki kadar polisakarida yang
lebih tinggi dibandingkan dengan kayu tarik. Ketidakteraturan kadar polisakarida
kayu pada arah melingkar batang kayu reaksi juga terjadi pada kayu sengon (Hadi
2008). Tidak adanya konsistensi komponen kimia pada kayu reaksi dapat
disebabkan kesalahan dari identifikasi kayu reaksi secara detail ataupun
purubahan kadar komponen kimia yang beragam dari setiap sisi pada batang kayu
reaksi yang disebabkan oleh berbagai hal, misalnya dipengaruhi oleh gen yang
diteliti pada cabang eukaliptus (Qiu et al. 2008).
Holoselulosa
Alfa-selulosa
Total lignin
44,00
65,00
42,00
63,00
40,00
61,00
38,00
59,00
36,00
57,00
34,00
55,00
32,00
53,00
30,00
51,00
28,00
49,00
26,00
Total lignin (%)
Holoselulosa dan alfa-selulosa (%)
67,00
24,00
47,00
0°
90°
180°
Posisi sampel
270°
360°
Gambar 6 Nilai kandungan holoselulosa, alfa-selulosa, dan lignin pada posisi
melingkar batang kayu ulin (0°: bagian kayu reaksi; 180°: bagian kayu
oposit; 90°dan 270°: bagian kayu samping).
Pada bagian cabang ditemukan kadar polisakarida pada kayu reaksi tidak
jauh berbeda dibandingkan dengan kayu opositnya. Hal ini diperkirakan lapisan
gelatin tidak terbentuk atau lapisan gelatin masih sedikit. Fisher dan Stevenson
(1981) menunjukkan bahwa serat xylem dalam cabang bagian atas yang diambil
pada 122 jenis dikotil, 56 jenis diantaranya tidak ditemukan adanya lapisan gelatin.
Hal serupa juga ditemukan oleh Clair et al. (2006) yang tidak menemukan lapisan
gelatin pada 13 jenis dari 21 jenis kayu tropis yang diteliti. Pada beberapa jenis
kayu daun lebar, selulosa merupakan faktor utama yang memberikan tekanan tarik
untuk mengembalikan batang yang miring atau bengkok ke arah vertikal (Ruelle
12
et al. 2007). Namun ada beberapa kasus pada jenis kayu daun lebar dimana
selulosa tidak menjadi faktor utama dalam pembentukan tekanan tarik (Fisher dan
Stevenson 1981; Clair et al. 2007). Oleh sebab itu, identifikasi kayu reaksi
kelihatannya akan lebih lengkap jika dikombinasikan antara karakteristik kimia
dengan tekanan pertumbuhan dalam jaringan kayu.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Kadar lignin klason, lignin terlarut asam, dan polisakarida kayu ulin tidak
menunjukkan keteraturan yang jelas pada posisi arah melingkar batang. Kadar
lignin klason pada kayu reaksi (32.71%) lebih rendah dibandingkan dengan kayu
opositnya (33.74%), tetapi kadar lignin terendah terdapat pada bagian kayu
samping. Lignin kayu ulin tersusun dari unit siringil dan unit guaiasil dengan unit
guaiasil lebih dominan (nisbah siringil terhadap guaiasil rata-rata sebesar 0,2).
Kadar lignin terlarut asam pada kayu ulin sangat rendah (0.69%) yang berkorelasi
positif dengan proporsi unit siringil dalam lignin. Kadar polisakarida pada kayu
reaksi (63.66%) lebih tinggi dibandingkan kayu opositnya (62.68%), tetapi kadar
polisakarida tertinggi terdapat pada kayu samping.
Saran
Penelitian tentang karakteristik kayu reaksi jenis kayu daun lebar
memerlukan penelitian sinergis antara sifat kimia dan tegangan pertumbuhan
dalam penentuan kayu reaksi.
DAFTAR PUSTAKA
Akiyama T, Goto H, Nawawi DS, Syafii W, Matsumoto Y, Meshitsuka G. 2005.
Erythro/threo ratio
β-O-4 structures as an important structural
characteristic of lignin. Part 4: Variation in the erythro/threo ratio in
softwood and hardwood lignins and its relation to syringyl/guaiacyl ratio.
Holzforschung. 59:276-281.doi:10.1515/HF.2005.045.
Bailleres H, Castan M, Monties B, Pollet B, Lapierre C. 1997. Lignin structure in
Buxus sempervirens reaction wood. Phytochemistry. 44:35-39
Bamber RK. 2001. A general theory for the origin of growth stresses in reaction
wood: how trees stay upright. IAWA J. 22:205–212.
Bowling AJ, Vaughn KC. 2008. Immunocytochemical characterization of tension
wood: gelatinous fibers contain more than just cellulose. American J
Botany. 95(6):655-663.
Clair B, Ruelle J, Beauchene J, Prevost MF, Fournier M. 2006a. Tension wood
and opposite wood in 21 tropical rain forest species 1. Occurrence and
efficiency of the g-layer. IAWA J. 27:329–338.
13
Dence CW. 1992. The Determination of Lignin. In; Lin SY, Dence CW (Eds).
Method in Lignin Chemistry. Berlin (DE): Spinger-Verlag.
Fengel D, Weneger G. 1984. Wood: Chemistry, Ultrastructure, Reactions. Berlin
(DE): Walter de Gruyter & Co.
Fisher JB. 1985. Induction of reaction wood in Terminalia (Combretaceae): roles
of gravity and stress. Annals of Botany. 55:237-248.
Fisher JB, Stevenson JW. 1981. Occurrence of reaction wood in branches of
dicotyledons and its role in tree architecture. Bot Gaz. 142:82–95.
Hadi TG. 2008. Sifat kimia kayu tarik sengon (Paraserianthes falcataria L.
Nielsen) [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Haygreen JG, Bowyer JL. 1989. Hasil Hutan dan Ilmu Kayu, Suatu Pengantar.
Ed ke-3. Hadikusumo SA, penerjemah. Yogyakarta (ID): UGM Press.
Terjemahan dari: Forest Produt and Wood Science, an Introduction.
Kusudiandaru S. 2009. Lignin terlarut asam (acid soluble lignin) dalam kayu tarik
api-api (Avicennia sp.) dan sengon (Paraserianthes falcataria L. Nielsen)
[skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Kojima M, Becker VK, Altaner CM. 2012. An unusual form of reaction wood in
koromiko [Hebe salicifolia G. Forst. (Pennell)], a southern hemisphere
angiosperm. Planta. 235:289–297.doi:10.1007/s00425-011-1503-z.
Matsushita Y, Kakehi A, Miyawaki S, Yasuda S. 2004. Formation and chemical
structures of acid-soluble lignin II: reaction of aromatic nuclei model
compounds with xylan in the presence of a counterpart for condensation,
and behavior of lignin model compounds with guaiacyl and syringyl nuclei
in 72% sulfuric acid. J Wood Sci. 50:136–141.doi:10.1007/s10086-0030543-9.
Nawawi DS, Sari DL. 2011. Keragaman kadar lignin pada jenis kayu daun lebar
tropis. J Ilmu dan Teknologi Hasil Hutan. 4(2):65-69.
Meylan BA .1981. Reaction wood in Pseudowintera colorata – a vessel-less
dicotyledon. Wood Sci Technol. 15:81–92.
Nishikubo N, Awano T, Banasiak A, Bourquin V, Ibatullin F, Funada R, Brumer
H, Teeri TT, Hayashi T, Sundberg B et al. 2007. Xyloglucan endotransglycosylase (XET) functions in gelatinous layers of tension wood fibers
in poplar – a glimpse into the mechanism of the balancing act of trees. Plant
& Cell Physiology. 48: 843–855.doi:10.1093/pcp/pcm055.
Panshin AJ, Carl de Zeeuw. 1980. Textbook of Wood Technology. 3rd Ed. New
York (US): McGrow-Hill Book Company.
Qiu D, Wilson IW, Gan S, Washusen R, Moran GF, Southern SG. 2008. Gene
expression in Eucalyptus branch wood with marked variation in cellulose
microfibril orientation and lacking g-layers. New Phytologist. 179:94103.doi:10.1111/j.1469-8137.2008.02439.x.
Rowell RM. 1984. The Chemistry of Solid Wood. Washington (US): American
Chemical Society.
Ruelle J, Yamamoto H, Thibaut B. 2007. Growth stress and cellulose structural
parameters in tension and normal wood from three tropical rainforest
angiosperms species. BioResources. 2(2):235-251.
Sjostrom, E. 1993. Wood Chemistry Fundamentals and Applications. 2nd ed.
Academic press, San Diego. pp. 86–87; 7–11.
TAPPI. 1996. TAPPI Test Methods. Atlanta (GE): TAPPI Press.
14
Timell TE. 1986. Compression Wood in Gymnosperms. Berlin (DE): Springer
Verlag.
Wang Y, Gril J, Sugiyama J. 2009. Variation in xylem formation of Viburnum
odoratissimum var. awabuki: growth strain and related anatomical features
of branches exhibiting unusual eccentric growth. Tree Physiology. 29:707–
713.doi:10.1093/treephys/tpp007.
Wang Y, Gril J, Clair B, Minato K, Sugiyama J. 2010.Wood properties and
chemical composition of the eccentric growth branch of Viburnum
odoratissum
var.
awabuki.
Tree
Struct
Funct.
24:541549.doi:10.1007/s00468-010-0425-x.
Xu F, Sun RC, Lu Q, Jones GL. 2006. Comparative study of anatomy and lignin
distribution in normal and tension wood of Salix gordejecii. Wood Sci
Technol. 40: 358–370.doi:10.1007/s00226-005-0049-2.
Yeh TF, Braun JL, Goldfrab B, Chang HM, Kadla JF. 2006. Morphological and
chemical variations between juvenile wood, mature wood, and compression
wood of loblolly pine (Pinus taeda L.). Holzforschung. 60:18.doi:10.1515/HF.2006.001.
Yoshizawa N, Satoh M, Yokota S, Idei T .1993. Formation and structure of
reaction wood in Buxus microphylla var. insularis Nakai. Wood Sci Technol.
27:1–10.
Yoshizawa N, Inami A, Miyake S, Ishiguri F, Yokota S. 2000. Anatomy and
lignin distribution of reaction wood in two Magnolia species. Wood Sci
Technol. 34:183-196.
15
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bontang tanggal 29 Juli 1991 yang merupakan putra ke
tiga dari lima bersaudara pasangan bapak Hermansyah dan ibu Masrana. Tahun
2009 penulis lulus dari SMK Negeri 1 Bontang dan pada tahun yang sama
diterima sebagai mahasiswa Institut Pertanian Bogor melalui jalur Beasiswa
Utusan Daerah IPB (BUD). Penulis memilih Mayor Teknologi Hasil Hutan,
Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan.
Selama menempuh pendidikan di Fakultas Kehutanan, penulis telah
mengikuti beberapa kegiatan praktik lapang antara lain Praktik Pengenalan
Ekosistem Hutan (PPEH) di Hutan Mangrove Sancang Timur dan Gunung
Papandayan pada tahun 2011, Praktik Pengelolaan Hutan (PPH) di Hutan
Pendidikan Gunung Walat, KPH Cianjur, Taman Nasional Halimun Salak, dan
PGT Sindangwangi pada tahun 2012, dan Praktik Kerja Lapang (PKL) pada tahun
2013 di PT Riau Andalan Pulp and Paper, Riau.
Selain aktif mengikuti perkuliahan, penulis juga aktif berorganisasi dan
pernah menjadi anggota Divisi Kelompok Minat Kimia Hasil Hutan Mahasiswa
Hasil Hutan pada tahun 2010, anggota divisi eksternal Dewan Perwakilan
Mahasiswa Fakultas Kehutanan IPB pada tahun 2010, dan berbagai kegiatan
kepanitiaan.
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Kehutanan dari
Institut Pertanian Bogor, penulis melaksanakan penelitian dan menyelesaikan
p y
j
“Karakteristik Kimia Kayu Reaksi Ulin (Eusideroxylon
zwageri T. et B.)”
w
m
I Deded Sarip Nawawi, MSc.