Lignin dan Hemiselulosa

Lignin adalah bahan aromatik yang tidak larut pada hampir semua pelarut.  Struktur kimia lignin cukup kompleks dan terdiri dari rantai panjang seperti selulosa. Fungsi utama lignin pada kayu adalah untuk mempererat serat- serat menjadi satu. Semua hemiselulosa baik yang terbuat dari rantai residu glukosa atau dari rantai residu gula lainnya selalu lebih pendek jika dibandingkan rantai selulosa terpendek, dan maksimal tersusun dari 150 residu gula. Selulosa adalah polimer alam turunan glukosa, ß -D-glukopyanose yang tersusun atas unsur-unsur C, H dan O. Jumlah rantai glukosa pada selulosa sangat bervariasi. Panjang serat selulosa 0,3 sampai 0,7 µ m.

Lignin dalam kayu berkisar antara 20-35 %,  merupakan polimer tiga dimensi yang terdiri dari tiga tipe unit phenil-propane (Deacon, 2004).  Lignin memiliki struktur yang amorf (tidak kristalin).  Pada umumnya lamela tengah, dinding primer dan lapisan S1 memiliki proporsi lignin tertinggi, diikuti kemudian oleh hemiselulosa dan selulosa.

Hemiselulosa adalah polisakarida yang bukan selulosa, jika dihidrolisis akan menghasilkan D-manova, D-galaktosa, D-Xylosa, L-arabinosa dan asam  uranat. Hemiselulosa dapat diisolasi dari kayu, holoselulosa, atau pulp dengan  ektraksi. Diantara sedikit pelarut-netral yang efektif, dimetilsulfoksida digunakan  terutama untuk mengekstraksi xilan dari holoselulosa. Meskipun hanya sebagian  xilan yang dapat ekstraksi, keuntungannya adalah bahwa tidak terjadi perubahan  kimia. Penambahan natrium borat pada alkali mempermudah pelarutan  galaktoglukomanan dan glukomanan. Namun ekstraksi alkali mempunyai  kerugian yaitu deasetilasi hemiselulosa yang hampir sempurna. 

Menurut distribusinya dalam sel, susunan hemiselulosa trakeida atau serat  tidak sama dengan dalam sel jari–jari. Xilan tertinggi dalam sel jari–jari. Sel–sel  kayu tarik mengandung kompleks galaktan. Sel muda mengandung xilan lebih  banyak dibandingkan dengan sel dewasa, tetapi kadar selulosa dan glukomanan  lebih kecil. Kayu awal memiliki lebih banyak xilan dan lebih sedikit glukomanan  dibandingkan dengan kayu akhir. Ikatan kimia antara selulosa dan hemiselulosa  mungkin tidak ada, yang ada ialah ikatan hidrogen dan gaya Van Der Waals.  Ikatan kimia ada di antara hemiselulosa dengan lignin.

 

Selulosa Kayu

Selulosa merupakan serat kasar yang terdapat pada hijauan. Selulosa merupakan sumber polisakarida atau bahan pakan sumber energi untuk menghasilkan VFA (Volatile Fatty Acid). Tanaman memiliki beberapa ikatan untuk membentuk bagian tubuhnya. Dengan terpecahnya ikatan lignin, selulosa masih terikat oleh hemiselulosa. Perombakan lignin dilakukan oleh bakteri lignolitik dan jamur. Ikatan lignin sangat kuat, terlebih pada tanaman yang telah berbuah (jerami padi, tebon jagung kering) akan memiliki lignin yang lebih banyak. Setelah lignin dirombak, maka bakteri perombak selanjutnya adalah bakteri hemiselulolitik yang merombak hemiselulosa dengan bantuan enzim hemiselulase yang dimiliki oleh bakteri tersebut.

 Kemudian, setelah ikatan lignin dan hemiselulosa putus / terdegradasi,  baru selulosa bisa didegradasi. Selulosa dirombak oleh bakteri selulolitik dalam rumen dengan bantuan enzim selulase sehingga menghasilkan selubiosa. Selanjutnya, selubiosa dirombak menjadi glukosa 1- fosfat. Setelah itu, gllukosa 1-fosfat akan masuk ke dalam jalur glikolisis, menjadi piruvat dan akhirnya masuk ke dalam siklus Krebs. Dari kedua jalur tersebut akan diperoleh 38 ATP. Struktur berkristal pada selulosa serta adanya lignin dan hemiselulosa pada sekelilingnya akan menghambat selulosa untuk dihidrolisis dan didegradasi. Sehingga selain memang selulosa diikat oleh dua bahan pembentuk struktur tanaman tersebut, memang selulosa juga memiliki struktur berkristal.

Kayu dan Komponennya

      Kayu merupakan bahan alami yang serba guna didukung oleh banyak keunggulan komparatif dibanding bahan lainnya (metal, semen, plastik, dsb).  Sebagai bahan baku juga kayu memiliki beberapa kelemahan, antar lain adalah: bersifat higroskopik yang diiringi dengan perubahan dimensi dan bentuk; bersifat anisotropik dengan keragaman sifat fisik dan mekanik pada arah struktur yang berbeda; kayu memiliki sifat struktur yang berbeda-beda karena dalam pertumbuhannya dalam pohon dipengaruhi oleh faktor-faktor lingkungan dan genetik pohon.

Komponen kimia utama penyusun strukutur kayu terdiri dari selulosa (sebagai framework/ kerangka), hemiselulosa dan poliskarida lainnya (sebagai matriks/ bahan pengisi atau medium) dan lignin (encrusting material/ pembungkus) (Sarkanen and Ludwig, 1971).  Selulosa berperan besar dalam memberikan kekuatan tarik pada kayu, sedangkan lignin memberi kekuatan tekan dan mencegah pelipatan mikrofibril. Selulosa dan lignin diikat dengan hemiselulosa. Selulosa adalah komponen terbesar struktur kayu (40-50 % berat kering). Selulosa merupakan polimer murni tersusun dari rantai-rantai lurus dan panjang dari beta-1,4glukosa, proporsi hemiselulosa dalam kayu adalah sekitar 25-40 % berat kayu dan lignin dalam kayu berkisar antara 20-35 %,  merupakan polimer tiga dimensi yang terdiri dari tiga tipe unit phenil-propane.

Dalam upaya mengendalikan serangan jamur pelapuk kayu, langkah-langkah pencegahan (preventive) adalah lebih baik dan lebih diutamakan daripada  langkah-langkah penanggulangan (remedial). Secara umum pengendalian serangan jamur bisa dengan memperhatikan, memodifikasi/ menghilangkan faktor-faktor penting yang mempengaruhi pertumbuhannya.  Misalnya kayu akan aman dari serangan jamur bila disimpan pada suhu kurang dari 1.5⁰C atau lebih dari 38⁰C atau dengan membuat kadar air kayu kurang dari 19 %.  Cara memutus jalur oksigen bagi jamur bisa dilakukan dengan membuat kayu jenuh air atau dengan merendamnya dalam air. 

Bagian Kimia Kayu

Selulosa ialah sebagian organik dengan formula (C₆H₁₀O₅)_n. Ia merupakan kandungan utama dalam serat tumbuhan, yang berfungsi sebagai komponen struktur tumbuhan. Selulosa juga merupakan satu polimer yang mengandungi unit-unit glukosa jenis anomer β yang membolehkan selulosa membentuk satu rantai yang sangat panjang. Selulosa tidak larut dalam air, tetapi larut dalam larutan kuprik hidroksida berammonia (bahan uji Schweitzer). Selulosa juga larut dalam laruta zink klorida berasid hidroklorik. Selulosa tidak memberi warna biru dengan iodin. Selulosa merupakan salah satu polimer alam yang melimpah dan dapat dimodifikasi dimana kegunaannya sangat luas mulai dari bidang industri kertas, film transparant, film fotografi, plastik biodegradable, sampai untuk membran yang digunakan diberbagai bidang industry.

Lignin merupakan komponen utama penyusun kayu selain selulosa dan hemiselulosa. Ia terdiri dari molekul-molekul senyawa polifenol yang berfungsi sebagai pengikat sel-sel kayu satu sama lain, sehingga menjadi keras dan kaku, selain itu mengakibatkan kayu mampu meredam kekuatan mekanis yang dikenakan terhadapnya. Oleh karena itu memungkinkan untuk memanfaatkan lignin sebagai perekat dan bahan pengikat pada papan partikel, kayu lapis atau produk kayu lainnya. Lignin yang berasal dari lindi hitam cair (yang dikenal sebagai lignin kraft) memiliki reaktivitas baik bila direaksikan dengan formaldehida sehingga terbentuk perekat lignin formaldehida dan untuk meningkatkan kualitas keteguhan rekatnya, maka lignin dikopolimerisasi dengan resorsinol sehingga terbentuk resin lignin resorsinol formaldehida (LRF). Resin ini dapat diaplikasikan untuk membuat berbagai produk perekatan seperti papan sambung atau papan lamina (glulam). Lignin mempertinggi sifat racun kayu shg tahan terhadap serangan cendawan & serangga.

Hemiselulosa dibentuk dari sintesis polimer-polimer dg berat molokul lebih rendah antara glukosa & gula-gula lainnya. Selain selulosa dan lignin tersebut, kayu masih mengandung sejumlah zat lain sampai 15- 25%. Antara lain hemiselulosa, semacam selulosa berupa persenyawaan dengan molekul-molekul besar yang bersifat karbohidrat. Hemiselulosa dapat tersusun oleh gula yang bermartabat lima dengan rumus C5H10O5 disebut pentosan atau gula bermanfaat enam C6H12O6 disebut hexosan. Zat-zat ini terdapat sebagai bahan bangunan dinding-dinding sel juga sebagai bahan zat cadangan.