KARYA TULIS KOMPOSISI KIMIA BEBERAPA JENIS KAYU TROPIS Oleh : Ridwanti Batubara, S.Hut., M.P. NIP. 132 296 841 DEPARTEMEN KEHUTANAN FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2009
KATA PENGANTAR Pertama-tama penulis panjatkan Syukur Alhamdulillah ke Hadirat Alloh SWT. yang telah melimpahkan Rahmat dan Karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Karya Tulis ini. Tulisan ini merupakan hasil penelitian beberapa peneliti yang dirangkul menjadi satu. Tulisan ini akan mengulas komposisi kimia beberapa kayu tropis, dimana masih terbatasnya literature tentang kimia kayu tropis mendorong penulis untuk merangkai dalam tulisan ini, walaupun yang dikulas masih sangat terbatas jumlah kayunya (31 jenis). Sangat disadari, bahwa dalam penyusunan tulisan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu saran-saran dan masukan-masukan positif sangat diharapkan demi penyempurnaan tulisan ini di masa-masa yang akan datang. Akhir kata penulis mohon maaf yang sebesar-besarnya jika dalam penulisan ini masih banyak kekurangan. Dan semoga paparan singkat dalam tulisan ini memberikan manfaat bagi kita semua. Amin Medan, Juni 2009 Penulis
KOMPOSISI KIMIA BEBERAPA JENIS KAYU TROPIS Ridwanti Batubara Departemen Kehutanan Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara Jl. Tridharma Ujung No.1 Kampus USU Medan Email: ridwantibb@yahoo.com A. PENDAHULUAN Komposisi kimia kayu dibedakan atas komponen komponen makromolekul yang terdiri dari selulosa, poliosa (hemiselulosa), dan lignin. Komponen ini terdapat pada semua jenis kayu, umumnya dikenal dengan zat-zat makro molekul. Komposisi kimia kayu yang lainnya adalah komponen minor dengan bobot molekul yang rendah yaitu zat ekstraktif dan mineral-mineral, yang berbeda-beda pada tiap jenis kayu baik jumlah maupun komponen senyawanya (Fengel dan Wegener, 1995). Indonesia sebagai negara tropis kaya akan berbagai jenis kayu, namun sayang informasi tentang kimia kayu tropis masih belum bayak diketahui dan dipublikasikan. Selama ini kuliah kimia kayu lebih bayak mengambil bahan dari teks books yang berasal dari luar, tentu saja kayu-kayu tersebut kurang dikenal. Padahal bayak sekali jenis kayu yang umum sudah kita kenal tapi publikasi sifat dasar terutama komponen kimia penyusunnya masih sangat terbatas. Berdasarkan hal di atas penulis mencoba mengulas komposisi kimia beberapa jenis kayu tropis, yang merupakan rangkuman dari berbagai penelitian yang dilakukan peneliti sebelummya. Semoga tulisan ini sebagai langkah awal untuk membukukan komposisi kimia jenis-jenis kayu tropis, khususnya yang ada di Indonesia. Semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita dalam rangka mendalami kimia kayu. B. KOMPOSISI KIMIA DAN ANALISIS BEBERAPA KAYU TROPIS Kayu merupakan bahan alami yang sampai saat ini penggunaannya sangat luas di masyarakat. Kayu merupakan bahan dasar pulp dan kertas, serat, film dan produk-produk lainnya. Untuk mengetahui sifat dan kegunaan kayu dikaitkan dengan penggunaannya salah satu diantaranya adalah komponen kimia kayu. Dengan
diketahuinya komposisi kimia kayu dapat digunakan sebagai dasar pertimbangan untuk menunjang industri pengolahan kayu seperti industri pulp dan kertas, rayon, papan serat, pengeringan dan pengerjaan kayu. Analisis komponen kimia kayu umumnya meliputi penetapan kadar holoselulosa, selulosa, lignin, pentosan, kadar air, abu, silika, kelarutan dalam air dingin, kelarutan dalam air panas, kelarutan dalam alkohol-benzen dan kelarutan dalam NaOH 1%. Metode analisis yang umum digunakan berdasarkan ASTM dan TAPPI Standar. Kesemua komponen yang dianalisis tersebut dikelompokkan menjadi dua kelompok besar yaitu komponen zat-zat makromolekul dan zat-zat berat molekul rendah. 1. Komponen Zat-zat Makromolekul Selulosa, merupakan komponen kayu yang terbesar, dalam kayu lunak dan kayu keras jumlahnya hampir mencapai setengahnya. Selulosa merupakan polimer linier dengan berat molekul tinggi yang tersususn seluruhnya oleh β-dglukosa. Karena sifat-sifat fisik dan struktur supramolekulnya maka selulosa dapat memenuhi fungsinya sebagai komponen struktur utama dinding sel tumbuhan (Fengel dan Wegener, 1995). Poliosa (hemiselulosa), sangat dekat asosiasinya dengan selulosa dalam dinding sel. Lima gula netral yaitu heksosa-heksosa, manosa, galaktosa, pentosapentosa xilosa dan arabinosa merupakan konstituen rantai utama poliosa. Sejumlah poliosa mengandung asam uronat. Rantai molekulnya jauh lebih pendek jika dibandingkan dengan selulosa dan dalam beberapa senyawa mempunyai rantai cabang. Kandungan poliosa dalam kayu keras lebih besara daripada dalam kayu lunak dan komposisis gulanya berbeda. Lignin, merupakan komponen makromolekul kayu yang ketiga. Struktur molekul lignin sangat berbeda dibanding dengan polisakarida, terdiri atas sistem aromatik yang tersususn atas unit-unit fenilpropana. Dalam kayu lunak kandungan lignin lebih bayak bila dibandingkan dengan kayu keras dan juga terdapat beberapa perbedaan struktur lignin kayu lunak dan kayu keras. Dari segi morfologi lignin merupakan senyawa amorf yang terdapat dalam lamella tengah majemuk maupun dalam dinding sekunder. Selama perkembangan se, lignin
dimasukkkan sebagai kompone terakhir di dalam dinding sel, menembus diantara fibril-fibril sehingga memperkuat dinding sel. Senyawa polimer minor, terdapat dalam kayu dalam kayu dalam jumlah sedikit sebagai pati dan pektin. Sel parenkim kayu mengandung protein sekitar 1%, tetapi terutama terdapat dalam batang bagian bukan kayu yaitu kambium dan kulit bagian dalam. 2. Zat-zat Berat Molekul Rendah Disamping komponen-komponen dinding sel terdapat juga sejumlah zatzat tambahan yang disebut bahan tambahan atau ekstraktif kayu. Meskipun komponen-komponen tersebut hanya memberikan saham beberapa persen pada masa kayu, mereka dapat memberikan pengaruh yang besar pada sifat-sifat dan kualitas pengolahan kayu. Beberapa komponen seperti ion-ion tertentu bahkan sangat penting untuk kehidupan pohon (Fengel dan Wegener, 1995). Zat-zat berat molekul rendah berasal dari golongan senyawa kimia yang sangat berbeda sehingga sukar untuk membuat sistem klasifikasi yang jelas tetapi komprehensif. Klasifikasi yang mudah dibuat adalah mengelompokkkannya ke dalam zar organik dan anorganik. Bahan organik lazim disebut ekstraktif. Senyawa aromatik (fenolat), senyawa yang paling penting dalam kelompok ini adalah tanin yang dibagi menjadi tanin tanin yang dapat dihidrolisis dan tanin terkondensasi. Senyawa fenolat yang lainnya adalah stilbena, lignan dan turunannya. Senyawa sederhana yang diturunkan dari metabolisme lignin juga termasuk dalam kelompok ini. Terpena, merupakan kelompok senyawa alami yang tersebar luas. Secara kimia zat-zat ini dapat diturunkan dari isoprene. Dua satuan isoprena atau lebih membentuk mono-, sesqui-, di-, tri-, tetra- dan politerpena. Asam alifatik, asam lemak jenuh dan tidak jenuh tinggi terdapat dalam kayu terutama dalam bentuk esternya dengan gliserol (lemak dan minyak) atau dengan alkohol tinggi (lilin). Asam asetat dihubungkan dengan poliosa sebagai ester. Asam di- dan hidroksi karbosilat terutama terdapat dalam garam kalisium.
Alkohol, kebanyakan alkohol alifatik dalam kayu terdapat sebagai komponen ester, sedangkan sterol aromatik termasuk dalam steroid, terutama terdapat dalam glikosida. Senyawa anorganik, komponen mineral kayu dari iklim sedang terutama adalah kalsium, kalium dan magnesium. Unsur-unsur lain dalam kayu tropika adalah silikon merupakan komponen anorganik utama. Komponen lain mono- dan disakarida terdapat dalam kayu hanya dalam jumlah sedikit tetapi terdapat dalam persentase yang tinggi dalam kambium dan kulit bagaian dalam. Jumlah seddikit amina dan etena juga terdapat dalam kayu. 3. Metode Analisis Kimia Kayu Analisis kayu mencakup penentuan komposisi kayu maupun isolasi, pemurnian, dan karakterisasi konstituen kayu. Karena kayu adalah bahan alam maka digunakan prosedur dan metoda analisis yang dimodifikasi untuk kayu dan senyawa-senyawa yang berkaitan dengan kayu disamping metode kimia analitik klasik. Metode analisis kayu sudah sedikit banyak dibakukan. Pembedaan dapat dilakukan antara metode yang digunakan dalam penelitian ilmiah dan metode yang dipakai dalam produksi industri dan dalam pengendalian produk. Metodemetode tersebut dapat berbeda dalam hal ketepatan yang disyaratkan dan tujuan khusus analisis. Kesukaran dalam analisis kayu terletak pada kenyataan bahwa ada hubungan ultrastruktur dan kimia anta komponen makromolekul dinding sel. Dalam analisis sebagaian lignin tetap tinggal dalam polisakarida. C. HASIL ANALISIS KOMPOSISI KIMIA BEBERAPA JENIS KAYU TROPIS Hasil analisis komponen kimia kayu untuk zat-zat makromolekul tertera pada Tabel. 1. Senyawa makromolekul yang dianalisis adalah Holoselulosa, Selulosa, Lignin dan Pentosan. Jenis kayu yang dianalisis merupakan jenis yang dapat tumbuh di daerah tropik baik berasal dari hutan alam maupun yang sudah
diusahakan dam bentuk HTI (Hutan Tanaman Industri). Kayu-kayu yang dianalisis hutan di daerah Jawa, Kalimantan, dan Sumatera. 1. Komponen Zat-zat Makromolekul Sebelum melakukan analisis kimia kayu terlebih dahulu dilakukan analisis kadar air, hal ini karena kayu merupakan bahan higroskopis sehingga hubungan kayu air sangat berpengaruh, begitu juga dengan hasil analisisnya. Hasil analisis senyawa makromolekul yang dianalisis adalah Holoselulosa, Selulosa, Lignin dan Pentosan dari 31 jenis kayu tropis dapat dilihat pada Tabel 1. a. Kadar Holoselulosa Kadar holoselulosa berkisar antara 50,29-67,9 %. Kadar holoselulosa dalam kayu menyatakan jumlah dari senyawa karbohidrat dan polisakarida. Apabila dilihat dari ke-31 jenis kayu tropis asal Indonesia tersebut maka semuanya tergolong dalam kelas yang mengandung kadar holoselulosa dan selulosa yang tinggi, yaitu lebih dari 45 %. b. Kadar Selulosa Apabila dilihat dari kadar selulosa maka semua jenis kayu tersebut masuk dalam kelas sedang sampai tinggi (Tabel. 3), yaitu mengandung lebih dari 40 % sampai 60 % selulosa. Melihat kadar selulosa saja maka semua jenis kayu baik untuk bahan baku pulp dan kertas. Salah satu keuntungan dengan besarnya kadar selulosa dalam kayu adalah dapat menghasilkan rendemen pulp yang besar. Tabel 1. Komponen Zat-zat Makromolekul No. Jenis Kayu Kadar Air Holoselulosa Selulosa Lignin Pentosan 1. Keruing (Diptercarpus halestii) 20,62 56,14 49,93 30,78 15,26 2. Meranti (Para Shorea) 32,07 56,78 42,69 27,49 15,24 3. Kapur (Dryobalanops lanceolate) 22,49 54,74 55,58 29,99 17,91 4. Meranti (Shorea leavis) 14,27 50,29 56,22 29,67 18,20 5. Karet (Havea brasiliensis) 17,12 63,24 44,62 24,75 16,71 6. Damar (Agathis lorantifolia) 10,27 57,52 45,22 32,47 19,08 7. Kenari I (Santiria griffithii E.) 12,93 61,77 40,93 29,89 13,09 8. Kenari II (Santiria tomentosa B. L) 9,11 64,45 45,50 28,19 13,54 9. Kemenyan (Dacryodes rostata H. J. L) 11,61 67,11 47,44 22,01 13,90 10. Medang piawet (Litsea firma Hook F) 12,38 67,56 53,55 23,71 16,55 11. Selangiran (Shorea balangeran Burck) 11,63 61,17 55,05 27,00 12,21 12. Johar (Cassia siamea Lamk) 17,01 65,42 41,66 25,71 17,04 13. Kihujan (Samania saman Merr) 14,61 61,61 48,85 20,49 19,47 14. Putat (Plandionia valida B. L) 16,51 63,67 51,95 26,23 15,49 15. Kisampang (Evodia aromatica B. L) 13,26 59,91 54,79 28,94 12,99 16. Gadog (Planchonia valida B. L) 19,73 65,55 42,02 26,88 8,35
17. Randuales (Gosssampinus malabarica 9,17 57,95 56,88 29,07 11,13 Alst) 18. Jaha (Terminalia bellerica Roxb) 12,45 64,15 57,41 27,49 19,33 19. Balsa (Ochroma bicolor Rowlee) 18,95 60,36 50,46 29,40 21,50 20. Kundog (Xantophyllum excelcium Miq) 17,29 67,97 46,80 25,81 15,91 21. Surian bawang (Melia excelsa Jack) 12,40 63,23 44,75 26,92 16,20 22. Mahang papan (Macaranga hipoleuca 26,37 58,80 49,95 29,00 13,14 Muell Arg)61,88 23. Markuyung (Shorea Johorneensis 12,25 61,88 42,23 30,21 19,13 Foxw) 24. Tengkawang (Shorea stenoptera 12,32 61,37 53,43 29,46 12,00 Burck) 25. Begantai (Shorea parfivolia Dyer) 13,09 60,70 54,16 27,85 12,04 26. Kuntai (Shorea smiteana Sym) 10,19 68,76 54,91 30,01 10,48 27. Damar mata kucing (Shorea javanica 26,37 57,80 49,95 29,00 13,83 Ket. V) 28. Jeunjing (Paraserianthes falcataria) 11,15 59,41 46,31 25,14 16,75 29. Kuntui peti (Shorea sp) 10,21 58,87 48,42 32,42 11,26 30. Mahoni (Swietenia macrophylla King) 10,36 66,34 42,86 23,75 14,37 31. Sonokeling (Dalbergia latifolia Roxb) 11,23 63,23 52,18 26,47 10,10 Sumber : No. 1-6 (Pari, G dan N. Hudaya, 1992), No. 7-22 (Pari, G dan S. B. Lestari, 1990), dan No. 23-31 (Pari, G dan Hartoyo, 1990). c. Kadar lignin Kadar lignin bervariasi antara 20,49-32,47 %. Kadar lignin ini apabila dihubungkan dengan klasifikasi komponen kimia kayu Indonesia ternyata semua mengandung kadar lignin yang sedang (18-33 %). Lignin merupakan senyawa aromatik yang terdiri dari unit phenil propana yang mempunyai gugus metoksil dan inti phenol, serta saling mengikat dengan ikatan eter atau karbon yang mempunyai berat molekul tinggi. Susunan senyawa lignin 61-65 % karbon, 5-6 % hidrogen dan 30% oksigen. Dalam industri pulp dan kertas lignin mempunyai pengaruh buruk terhadap sifat kertas terutama pada ikatan antar serat, kekakuan, warna dan kilap kertas sehingga diperlukan kondisi pemasakan yang optimum yaitu sebanyak mkungkin lignin dapat dihilangkan tanpa merusak serat selulosa. Lignin dalam industri pulp merupakan limbah dalam bentuk larutan (lindi hitam). d. Kadar Pentosan Kadar pentosan bervariasi seperti halnya komponen kimia kayu yang lain, yaitu berkisara antara 8,35-21,50%. Apabila dihubungkan dengan komponen kimia kayu Indonesia maka semua jenis kayu tropis tersebut termasuk ke dalam kelas yang mengandung pentosan rendah (< 21 %), kecuali balsa (21,50 %).
Tingginya kadar pentosan dalam kayu menurunkan mutu pulp dan kerapatan pada benang rayon yang dihasilkan. 2. Zat-zat Berat Molekul Rendah Zat-zat molekul rendah yang dianalisis adalah kadar silika dan kadar abu serta kelarutan zat ekstraktif. Komponen zat-zat molekul rendah 31 jenis kayu dapat dilihat pada Tabel. 2. Tabel 2. Komponen Zat-zat Berat Molekul Rendah No. Jenis Kayu Kadar abu Silika Air Dingin Air Panas Alkohol- Benzen NaOH 1 % 1. Keruing (Diptercarpus 0,46 0,09 2,38 3,56 9,06 13,49 halestii) 2. Meranti (Para Shorea) 1,86 0,26 2,07 5,07 8,80 17,62 3. Kapur (Dryobalanops 0,76 0,14 4,57 4,72 9,80 16,78 lanceolate) 4. Meranti (Shorea leavis) 0,95 0,33 5,19 5,88 3,21 14,21 5. Karet (Havea 1,35 0,16 4,13 5,01 5,65 12,99 brasiliensis) 6. Damar (Agathis 0,21 0,18 2,49 3,58 5,22 17,00 lorantifolia) 7. Kenari I (Santiria 0,18 0,05 2,91 4,91 4,52 8,89 griffithii E.) 8. Kenari II (Santiria 0,84 0,75 2,62 2,92 2,60 13,22 tomentosa B. L) 9. Kemenyan (Dacryodes 1,53 1,08 1,76 4,95 4,40 12,85 rostata H. J. L) 10. Medang piawet (Litsea 0,67 0,51 2,78 4,02 4,04 13,22 firma Hook F) 11. Selangiran (Shorea balangeran Burck) 0,59 0,45 1,78 4,95 4,40 12,85 Tabel 2 (Lanjutan) No. Jenis Kayu 12. Johar (Cassia siamea Lamk) 13. Kihujan (Samania saman Merr) 14. Putat (Plandionia valida B. L) 15. Kisampang (Evodia aromatica B. L) 16. Gadog (Planchonia valida B. L) 17. Randuales (Gosssampinus malabarica Alst) 18. Jaha (Terminalia bellerica Roxb) Kadar abu Silika Air Dingin Air Panas Alkohol- Benzen NaOH 1 % 3,29 2,10 0,66 3,12 2,46 12,26 2,99 2,84 3,59 9,48 5,43 23,53 1,10 0,15 0,81 3,64 5,36 11,80 1,59 0,37 1,13 5,17 4,39 12,62 3,64 2,72 0,38 0,56 3,37 31,68 3,90 2,68 1,68 4,93 4,15 8,28 1,73 1,16 1,39 4,82 1,81 9,98
19. Balsa (Ochroma bicolor 1,57 1,10 2,35 6,07 2,60 15,31 Rowlee) 20. Kundog (Xantophyllum 1,91 0,59 1,71 3,39 0,95 6,85 excelcium Miq) 21. Surian bawang (Melia 0,99 0,19 2,36 6,55 2,31 21,36 excelsa Jack) 22. Mahang papan 2,08 2,47 3,57 4,71 5,41 14,73 (Macaranga hipoleuca Muell Arg) 23. Markuyung (Shorea 1,65 1,26 2,36 4,17 2,09 13,78 Johorneensis Foxw) 24. Tengkawang (Shorea 0,25 0,07 0,94 6,52 2,40 13,92 stenoptera Burck) 25. Begantai (Shorea 0,73 0,14 1,36 6,17 4,55 15,41 parfivolia Dyer) 26. Kuntai (Shorea smiteana 0,95 0,45 1,74 4,73 5,55 12,76 Sym) 27. Damar mata kucing 3,08 2,47 3,57 4,71 5,41 10,72 (Shorea javanica Ket. V) 28. Jeunjing (Paraserianthes 0,81 0,13 7,20 9,25 5,39 19,14 falcataria) 29. Kuntui peti (Shorea sp) 0,77 0,08 2,47 2,62 5,32 16,56 30. Mahoni (Swietenia 0,52 0,34 0,11 3,26 6,13 19,65 macrophylla King) 31. Sonokeling (Dalbergia latifolia Roxb) 0,83 0,52 3,58 6,04 2,43 17,87 Sumber : No. 1-6 (Pari, G dan N. Hudaya, 1992), No. 7-22 (Pari, G dan S. B. Lestari, 1990), dan No. 23-31 (Pari, G dan Hartoyo, 1990). a. Kadar Abu dan Kadar Silika Kadar abu berkisar antara 0,18-3,64 %. Kadar silika 0,05-2,72%. Baik kadar abu maupun kadar silika termasuk dalam kategori sedang (0,2-6 %), kecuali kenari I kurang dari 0,25 (kelas rendah). Komponen utama abu adalah kalium, kalsium, magnesium, natrium, silika, alumanium, mangan, besi dan titanium. Terdapatnya unsur tersebut maka abu dalam kayu dapat digunakan untuk menaikkan ph tanah dan apabila abu kayu dicampur dengan nitrogen akan menghasilkan pupuk yang baik. b. Kadar Zat Ekstraktif zat e3kstraktif berkisar antara 0,38-7,20%. dalam air panas berkisar antara 0,56-9,48%. dalam alkohol benzen (1:2) berkisar antara 0,95-9,80%. Apabila kita rujuk pada klasifikasi komponen kimia kayu maka termasuk ke dalam selang rendah-sedang. Zat ekstraktif merupakan komponen ekstra dari kayuyang banyak terdapat pada bagian lumen dan ruang antar sel. Zat ekstraktif mempunyai peranan yang
penting dalam memberikan sifat pada kayu seperti awet, warna, bau, rasa dan toksitas. dalam NaOH 1 % berkisar antara 6,85-31,68 %. dalam NaOH ini merupakan petunjuk tentang adanya kerusakan kayu yang disebabkan oleh organisme perusak kayu. Komponen yang terlarut di dalamnya adalah ligni, pentosan dan heksosa. Tabel. 3. Klasifikasi Komponen Kimia Kayu Indonesia. Komponen Kimia Kelas Komponen Tinggi Sedang Rendah Kayu Daun Lebar Selulosa 45 40-45 40 Lignin 33 18-33 18 Pentosan 24 21-24 21 Zat Ekstraktif 4 2-4 2 Abu 6 0,2-6 0,2 Kayu Daun Jarum Selulosa 44 41-44 41 Lignin 32 28-32 28 Pentosan 13 8-13 8 Zat Ekstraktif 7 5-7 5 Abu > 0,89 0,89 < 0,89 Sumber : Departemen Pertanian (1976) D. KESIMPULAN Kadar holoselulosa berkisar antara 50,29-67,9 %. Kadar selulosa pada selang 40 % sampai 60 %. Kadar lignin bervariasi antara 20,49-32,47 %. Kadar pentosan bervariasi seperti halnya komponen kimia kayu yang lain, yaitu berkisara antara 8,35-21,50%. zat e3kstraktif berkisar antara 0,38-7,20%. dalam air panas berkisar antara 0,56-9,48%. dalam alkohol benzen (1:2) berkisar antara 0,95-9,80%. dalam NaOH 1 % berkisar antara 6,85-31,68 %.
DAFTAR PUSTAKA Departemen Pertanian. 1976. Vademecum Kehutanan Indonesia. Fengel, D dan G. Wegener. 1995. Kimia Kayu: Ultra Struktur, Reaksi reaksi (Terjemahan). Gajahmada University, Yogyakarta. Pari, G dan Hartoyo. 1990. Analisis Kimia 9 Jenis Kayu Indonesia. Jurnal Penelitian Hasil Hutan. Volume 7 No. 4. Pari, G dan N. Hudaya. 1992. Analisis Kimia 6 Jenis Kayu untuk Hutan Tanaman Industri. Jurnal Penelitian Hasil Hutan. Volume 10 No. 1. Pari, G dan S. B Lestari. 1990. Analisis Kimia Beberapa Jenis Kayu Indonesia. Jurnal Penelitian Hasil Hutan. Volume 7 No. 3.