Top Banner
A. Sumber dan Pengertian Lignin Zat organik polimer yang banyak dan penting dalam dunia tumbuhan selain selulosa adalah lignin. Lignin merupakan senyawa polimer tiga dimensi yang terdiri dari unit fenil propana yang diikat dengan C-O-C dan C-C. Polimer lignin tidak dapat dikonversi ke monomernya tanpa mengalami perubahan pada bentuk dasarnya. Lignin yang melindungi selulosa, bersifat tahan terhadap hidrolisa disebabkan oleh adanya ikatan arilalkil dan ikatan eter. Pada suhu tinggi, lignin dapat mengalami perubahan struktur dengan membentuk asam format, metanol, asam asetat, aseton, vanilin dan lain- lain, sedangkan bagian lainnya mengalami kondensasi (Judoamidjojo et al., 1989). Pada tahun 1838, Payen mereaksikan HNO3 pekat dengan kayu, hasilnya adalah residu padat dan berserat yang disebut selulosa (meskipun ada juga polisakarida lain). Bagian terlarut yang lebih tinggi kadar karbonnya, oleh Schulze pada tahun 1865 disebut lignin. Pada tahun 1897, Klason mempelajari lignosulfonat (lignin produk pabrik pulp sulfit), dan menyimpulkan bahwa lignin terdiri dari fenilpropana. Lignin sebagai polimer baru diketahui pada tahun 1907, unit-unit fenil-propana saling berhubungan melalui ikatan eter (Achmadi,1990). Lignin merupakan senyawa aromatik terdiri dari unit phenilpropana, memiliki gugus metoksil dan inti phenol yang saling berikatan dengan ikatan eter atau ikatan karbon dan mempunyai berat molekul tinggi. Polimer lignin cenderung bercabang dan membentuk struktur tiga dimensi (Sjostrom 1995). M.Ma’arij Harfadli | Kimia Lingkungan - Lignin 1
16

All about lignin

Nov 23, 2015

Download

Documents

present about what the lignin, where the lignin from, what dangerous's lignin, etc
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript

A. Sumber dan Pengertian LigninZat organik polimer yang banyak dan penting dalam dunia tumbuhan selain selulosa adalah lignin. Lignin merupakan senyawa polimer tiga dimensi yang terdiri dari unit fenil propana yang diikat dengan C-O-C dan C-C. Polimer lignin tidak dapat dikonversi ke monomernya tanpa mengalami perubahan pada bentuk dasarnya. Lignin yang melindungi selulosa, bersifat tahan terhadap hidrolisa disebabkan oleh adanya ikatan arilalkil dan ikatan eter. Pada suhu tinggi, lignin dapat mengalami perubahan struktur dengan membentuk asam format, metanol, asam asetat, aseton, vanilin dan lain-lain, sedangkan bagian lainnya mengalami kondensasi (Judoamidjojo et al., 1989).Pada tahun 1838, Payen mereaksikan HNO3 pekat dengan kayu, hasilnya adalah residu padat dan berserat yang disebut selulosa (meskipun ada juga polisakarida lain). Bagian terlarut yang lebih tinggi kadar karbonnya, oleh Schulze pada tahun 1865 disebut lignin. Pada tahun 1897, Klason mempelajari lignosulfonat (lignin produk pabrik pulp sulfit), dan menyimpulkan bahwa lignin terdiri dari fenilpropana. Lignin sebagai polimer baru diketahui pada tahun 1907, unit-unit fenil-propana saling berhubungan melalui ikatan eter (Achmadi,1990). Lignin merupakan senyawa aromatik terdiri dari unit phenilpropana, memiliki gugus metoksil dan inti phenol yang saling berikatan dengan ikatan eter atau ikatan karbon dan mempunyai berat molekul tinggi. Polimer lignin cenderung bercabang dan membentuk struktur tiga dimensi (Sjostrom 1995).Lignin terdapat diantara sel-sel dan dalam dinding sel yang berfungsi sebagai perekat untuk mengikat sel-sel agar tetap bersama. Keberadaan lignin dalam dinding sel sangat erat hubungannya dengan selulosa yang berfungsi untuk memberikan ketegaran pada sel, berpengaruh dalam memperkecil perubahan dimensi sehubungan dengan perubahan air kayu dan mengurangi degradasi terhadap selulosa. Lignin merupakan komponen struktural kayu mengisi 20- 25% bagian kayu daun lebar normal, dan lignin dapat meningkatkan sifat-sifat kekuatan mekanik. Konsentrasi lignin tertinggi terdapat dalam lamela tengah dan akan semakin mengecil pada lapisan dinding sekunder (Haygreen dan Bawyer 1982, Sjostrom 1995).Menurut Badan Penelitian Kehutanan Indonesia (1997), lignin adalah polimer alami yang terdiri dari molekul fenil propana yang terdapat di dalam dinding sel dan di daerah antar sel (atau lamela tengah) serta menyebabkan kayu menjadi keras dan kaku sehingga mampu menahan tekanan mekanis yang besar. Kadar lignin dalam kayu ada diantara 18-33 persen. Pada kayu daun lebar kadar lignin berkisar 18-33 persen sedangkan pada kayu daun jarum berkisar 28-32 persen. Rahmawati (1999) menyatakan kadar lignin pada kayu daun jarum bervariasi antara 26-34% dan pada kayu daun lebar antara 23-30%. Jumlah lignin yang terdapat di dalam tumbuhan yang berbeda sangat bervariasi. Distribusi lignin di dalam dinding sel dan kandungan lignin bagian pohon yang berbeda tidak sama. Sebagai contoh kandungan lignin yang tinggi adalah khas untuk bagian batang yang paling rendah, paling tinggi dan paling dalam, untuk cabang kayu lunak, kulit, dan kayu tekan. Dalam kebanyakan penggunaan kayu, lignin digunakan sebagai bagian integral kayu. Hanya dalam pembuatan pulp dan pengelantangan, lignin dilepaskan dari kayu dalam bentuk terdegradasi dan berubah (Fengel, 1995).Menurut Damat (1989), tanaman jenis kayu maupun non kayu merupakan sumber utama lignin. Kandungan lignin daun jarum lebih besar dari pada kandungan lignin pada kayu daun lebar. Menurut Rahmawati (1999), kadar selulosa, hemiselulosa, lignin dan zat ekstraktif sangat bervariasi antara satu jenis kayu dengan jenis kayu yang lain. Variasi tersebut juga terlihat dalam satu pohon pada lokasi yang berbeda. Kadar lignin dari beberapa bahan baku disajikan dalam Tabel 1.Tabel 1. Kadar LigninNo.Bahan BakuLignin %

1.Eceng Gondok (serat)15,90

2.Damen Giling25,48

3.Bambu Beru20,78

4.Pinus Merkusi24,35

5.Eucalyptus27,36

Sumber : Sugesty (1984)

B. Sifat-Sifat LigninStruktur molekul lignin sangat berbeda bila dibandingkan dengan polisakarida karena terdiri atas sistem aromatik yang tersusun atas unit-unit fenil propana. Dalam kayu lunak kandungan lignin lebih banyak bila dibandingkan dalam kayu keras. Sifat kimia lignin sangat rumit oleh karena itu tidak banyak ahli yang menjelaskan tentang lignin. Sifat-sifat lignin secara umum antara lain tidak larut dalam air, berat molekul berkisar antara 2000-15000, molekul lignin mengandung gugus hidroksil, metoksil dan karboksil dan bila didegradasi oleh basa akan membentuk turunan benzene (Fessenden,1992). Secara fisis lignin berwujud amorf (tidak berbentuk), berwarna kuning cerah dengan bobot jenis berkisar antara 1,3-1,4 bergantung pada sumber ligninnya. Indeks refraksi lignin sebesar 1,6. Sifatnya yang amorf menyebabkan lignin sulit dianalisa dengan sinar-X. Lignin juga tidak larut dalam air, dalam larutan asam dan larutan hidrokarbon. Karena lignin tidak larut dalam asam sulfat 72%, maka sifat ini sering digunakan untuk uji kuantitatif lignin. Lignin tidak dapat mencair, tetapi akan melunak dan kemudian menjadi hangus bila dipanaskan. Lignin yang diperdagangkan larut dalam alkali encer dan dalam beberapa senyawa organik (Kirk dan Othmer, 1952).Menurut Damris et al. (1999), lignin mempunyai kelarutan yang sangat rendah dalam kebanyakan pelarut dan sangat sedikit larut dalam air. Fengel (1995), menyatakan pelarut-pelarut yang cocok untuk lignin analitik yang diisolasi dengan pelarut-pelarut organik adalah dioksana, dimetilsulfoksida (DMSO), formamida, dimetilformamida (DMF), tetrahidrofuran (THF), piridin, dikloroetana dan etilenaglikol-monoetileter (metil selosolv). Pelarut yang lain adalah asetil bromida dalam asam asetat dan heksa fluoropropanol. Lignin asam hampir tidak larut dalam semua pelarut. Lignin alkali teknis dan lignin sulfonat umumnya larut dalam air, alkali encer, larutan garam dan buffer.Titik didih lignin secara pasti tidak dapat ditentukan. Namun, pemanasan kayu secara bertahap dengan suhu tinggi dapat dilihat penguraian thermal dari komponen kayu. Hemiselulosa terurai pada suhu 200-260 0C, selulosa pada suhu 240-350 0C dan lignin terurai pada rentang temperatur yang lebih luas yaitu 280-500 0C (Sjostrom, 1995). Salah satu faktor yang mempengaruhi fungsi lignin adalah bobot molekul. Bobot molekul rata-rata lignin tidak seragam karena beragamnya proses pembuatan pulp, proses isolasi lignin, degradasi makromolekul selama isolasi, efek kondensasi terutama pada kondisi asam dan ketidakteraturan sifat fisis lignin terlarut. Lignin umumnya tidak larut dalam pelarut sederhana, namun lignin alkali dan lignin sulfonat larut dalam air dan alkali encer. Lignin yang terlarut mempunyai distribusi bobot molekul yang bersifat ganda. Beberapa dari komponennya memiliki bobot molekul yang lebih tinggi. Lignin yang bobot molekulnya rendah, dalam larutan bobot molekulnya menjadi lebih tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa lignin mempunyai berat molekul yang lebih tinggi ketika terlarut (Salminah, 2001). Menurut Kirk dan Othmer (1952), lignin terdiri dari 61-65 persen karbon, 5 sampai 6,1 persen hidrogen dengan panas pembakarannya sebesar 11.300 Btu/lb (6.280 kal/gram). Jumlah gugus metoksil dalam lignin bergantung pada sumber lignin dan proses isolasi yang digunakan. Casey (1980), juga menyatakan bahwa selain mengandung karbon dan hidrogen, lignin juga mengandung gugus metoksil. Karakteristik kimia lignin dapat diperoleh dengan analisis unsur dan penentuan gugus metoksil. Di samping itu, komponen-komponen non lignin diperhitungkan dengan cara penentuan abu dan polisakarida. Karakteristik analitik lebih lanjut adalah kandungan gugus fungsional lain (misalnya gugus fenolat dan hidroksil alifatik, gugus karbonil, karboksil) yang menunjukkan perubahanperubahan struktur lignin yang disebabkan oleh prosedur isolasi atau perlakuan kimia (Meier et al., 1981 dalam Fengel, 1995).

C. Struktur Lignin Lignin adalah polimer yang terdiri dari unit fenilpropana. Penyelidikan lignin didasarkan pada isolasi ligninnya, misalnya lignin kayu-giling (milled wood lignin, MWL), lignin hasil degradasi oksidatif, reduksi, hidrolisis asam atau basa. Selanjutnya dilakukan identifikasi produk reaksi dengan teknik kromatografi dan spektroskopi (Achmadi,1990). Fenilpropana adalah unit dasar dari lignin sudah diketahui sejak lama, tetapi sulit diterima bahwa ada gugus aromatik. Adanya gugus aromatik dibuktikan oleh Lange pada tahun 1954 dengan spektroskopi ultraviolet (Achmadi,1990). Lignin struktur kimiawinya bercabang-cabang dan berbentuk polimer tiga dimensi. Molekul dasar lignin adalah Fenilpropan. Molekul lignin memiliki derajat polimerisasi tinggi. Karena ukuran dan strukturnya yang tiga dimensi bisa memungkinkan lignin berfungsi sebagai semen atau lem bagi kayu yang dapat mengikat serat dan memberikan kekerasan struktur serat. Bagian tengah lamella pada sel kayu, sebagian besar terdiri dari lignin, berikatan dengan sel-sel lain dan menambah kekuatan struktur kayu. Dinding sel juga mengandung lignin. Pada dinding sel, lignin bersama-sama dengan hemiselulosa membentuk matriks (semen) yang mengikat serat-serat halus selulosa.

Gambar 1. Struktur Lignir Monomer

Salah satu bentuk struktur kimia (rumus bangun) lignin dapat dilihat pada (Gambar 2), (Achmadi, 1990).

Gambar 2. Struktur Kimia Lignin

D. Keragaman Komposisi Monomer LigninLignin tersusun dari polimerisasi monolignol sinapil, koniferil dan p-coumarilalkohol. Pada kayu daun lebar lignin tersusun dari sinapil-koniferil alkohol yang disebut juga dengan siringil-guaiasil lignin. Kayu daun jarum terutama terdiri dari monolignolkoniferil alkohol(90%) dan sedikit p-coumarilalkohol, sedangkan pada kayu tekan kayu daun jarum dilaporkan kandungan monolignol p-coumarilalkohol atau lignin p-hydroksiphenillebih tinggi dibanding pada kayu normal (Gullichcen dan Paulapuro 2004).Fengel (1995) juga menyatakan bahwa p-koumaril alkohol, koniferil alcohol dan sinapil alkohol merupakan senyawa induk (precursor) primer dan merupakan unit pembentuk semua lignin (Gambar 3).

Gambar 3. Komposisi Lignin

Polimerisasi yang terjadi disebut polimerisasi cara ekor (endwise polymerization), yaitu pertumbuhan polimer yang terjadi karena satu monomer bergabung dengan polimer yang sedang tumbuh, radikal penoksi yang bermacam- macam menyebabkan polimer lignin tidak linier melainkan bercabang dan membentuk struktur tiga dimensi (Fengel dan Wegener 1995).Polimerisasi lignin diawali oleh dehidrogenasi enzimatik monolignol. Monolignol dioksidasi oleh peroksida laccase menjadi bentuk radikal yang memiliki struktur resonansi yang berbeda. Kemudian pasangan radikal phenoxy memproduksi quinonemethides sebagai intermediate yang reaktif (Higuchi 1997). Quinonemethide intermediate distabilkan oleh nucleophilik yang mengalami penambahan oleh air atau grup hidroksil. Reaksi tersebut akan menghasilkan banyak tipe ikatan, namun ikatan yang paling banyak pada kayu yaitu -O-4, -5, -, -1, 5-5 dan 5-O-4, dengan ikatan yang paling dominan pada lignin adalah struktur aril gliserol arileter (Adler 1977).

E. Klasifikasi dan Distribusi Lignin Lignin dapat dibagi ke dalam beberapa kelompok menurut unsur strukturalnya. 1. Lignin guaiasil: terdapat pada kayu jarum (26-32%), dengan prazat koniferil alkohol. 2. Lignin guaiasil-siringil: merupakan ciri kayu daun lebar (20-28%, pada kayu tropis >30%), dengan prazat koniferil alkohol: sinapsil alkohol, nisbah 4:1 sampai 1:2. Penggolongan lain dapat juga dilakukan. Pada lignin konsentrasi tinggi terdapat dalam lamela tengah dan rendah dalam dinding sekunder (Achmadi,1990).

F. Dampak Lignin Terhadap Lingkungana) Dampak PositifLignin dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar jika dibuat dalam jumlah besar dan dalam keadaan benar-benar kering. Lignin relatif lebih tinggi kandungan atom C dan H-nya, namun kandungan O-nya lebih rendah dibandingkan selulosa dan hemiselulosa, dan lignin sebagai bahan bakar lebih bernilai dibanding selulosa dan hemiselulosa karena nilai panas pembakarannya lebih besar (Judoamidjojo et al., 1989).Menurut Setiawan (2001), penggunaan lignin alkali adalah berdasarkan sifatsifat kimia dan fisika dari lignin itu sendiri seperti dispersitas, daya rekat, stabilitas dan lainnya. Beberapa penggunaan lignin dan sifat produknya dapat dilihat pada Tabel 2.Tabel 2. Penggunaan Lignin dan Sifat ProduknyaNo.Bidang PenggunaanSifat Produknya

1.Bahan PewarnaDispersitas

2.Perekat KayuDaya rekat

3.Bahan pengemulsiKestabilan emulsi

4.Dispersan bahan kimia pertaminaDispersitas

5.Pengkondisian tanahDaya rekat

6.Pengeboran sumur minyakDispersitas

7.Resin fenolformaldehidaDaya rekat

Sumber : Setiawan (2001).Damris et al. (1999), juga menyatakan bahwa lignin dapat digunakan sebagai bahan bakar, produk polimer dan sumber bahan-bahan kimia berberat molekul rendah. Bahan-bahan kimia berberat molekul rendah yang dapat dihasilkan dari lignin adalah vanilin, aldehida, asam vanilat, fenol, asam karbonat, benzena dan sebagainya. Lignin juga merupakan bahan mentah yang sangat baik untuk pembuatan serat sintetik seperti nilon, bahan farmasi dan pewarna yang baik.Kemampuan lignin untuk meredam kekuatan mekanis yang dikenakan pada kayu, memungkinkan usaha pemanfaatan lignin sebagai bahan perekat (adhesive) dan bahan pengikat (binder) pada papan partikel (particle board) atau kayu lapis (plywood). Ketahanan terhadap perlakuan biokimia (fisiologis) dan perlakuan kimia di dalam batang melalui mekanisme enzimatik dan reaksi redoks memungkinkan lignin untuk diolah menjadi zat antioksidan (Rudatin, 1989).b) NegatifPada proses pemutihan kertas secara modern biasanya secara bertahap memanfaatkan bahan-bahan kimia dan kondisi-kondisi berbeda setiap tahapnya. Salah satu tahap yang digunkana yaitu klorinasi (reaksi dengan elemen klorin dalam media asam). Pada tahap ini lignin diklorinasi membentuk senyawa klorolignin, sehingga eliminasi lignin dapat terjadi. Senyawa klorolignin ini sangat sulit didegradasi karena mengandung senyawa organik terklorinasi dengan berat molekul yang tinggi dengan berat molekul lebih rendah yang bersifat lebih toksik, mutagenik dan karsinogenik. Sehingga senyawa ini sangat berbahaya jika langsung dibuang keperairan tanpa pengolahan terlebih dahulu. Salah satu penanganan lignin yaitu dengan cara megisolasi lignin tersebut dan dimanfaatkan menjadi produk lain yang tidak berbahaya bagi lingkungan. Menurut Fengel dan Wegener (1995), lignin dapat diisolasi dengan berbagai cara yaitu:1. Lignin sebagai sisa. Lignin dihasilkan sebagai sisa hidrolisis asam polisakarida seperti lignin sulfat (klason) dan lignin asam klorida (lignin Halse) serta lignin hasil oksidasi atau pelarutan polisakarida seperti pada penentuan lignin kuoksam yang menggunakan asam sulfatdan kupramonium hidroksida.2. Lignin dengan pelarutan. Terjadi reaksi yang cukup besar antara lignin dengan pelarut. Contohnya terjadi pada reaksi dengan getaran atau diekstraksi dioksan-air yang sering disebut lignin kayu yang digiling (MWL) atau lignin Bjorkman. Disamping itu juga ada yang menggunakan perlakuan enzimatik yang disebut lignin enzim selulolitik (CEL).3. Lignin terlarut dalam senyawa organik. Pada proses ini lignin direaksikan dengan pelarut organik. Sebagai contoh adalah lignin alkohol yaitu lignin yang diperoleh dari reaksi dengan alkohol/HCl dan lignin phenol (phenol/ HCl).4. Turunan dengan pereaksi organik. Secara umum, jenis lignin ini menghasilkan lignin teknis yaitu lignin yang dihasilkan dari proses pembuatan pulp seperti lignin alkali (proses soda/NaOH), lignin kraft atau lignin sulfat (NaOH/Na2S).Lignin dapat diisolasi dari dari kayu bebas ekstraktif sebagai sisa yang tidak terlarut setelah penghilangan polisakarida dengan hidrolisis. Secara kuantitatif, lignin dapat dihidrolisis dan diekstraksi dari kayu atau diubah menjadi turunan yang mudah larut (Casey 1980, Achmadi 1990).Secara teori proses delignifikasi bertujuan untuk menghilangkan lignin sesempurna mungkin dan diutamakan di lamella tengah,misalnya dalam proses pulping kimia. Namun dalam kenyataannya polisakarida terutama yang terdapat pada dinding sekunder diserang oleh bahan kimia pemasak dan kehilangan polisakarida tidak dapat dicegah (Sjostrom 1995).Setelah mengisolasi lignin penelitian selanjutnya yang telah dilakukan yaitu mencoba mendegradasi lignin tersebut dengan menggunakan mikroorganisme. Mikroorganisme yang digunakan yaitu dari golongan Kapang, kapang pelapuk putih Phanerochaete chrysosporium. Lignin merupakan senyawa polimer aromatik yang sulit didegradasi dan hanya sedikit organisme yang mampu mendegradasi lignin, diantaranya kapang pelapuk putih. Kapang mendegradasi lignin menjadi produk yang larut dalam air dan CO2 (Boyle et al. 1992). Kapang P. chrysosporium dapat mendegradasi lignin dan berbagai polutan aromatic selama fase pertumbuhan stationary yang dipacu oleh kekurangan nutrisi dalam substrat. Kapang ini menghasilkan dua enzim peroksidase yaitu LiP (lignin peroksida) dan MnP (mangan peroksida) (Johjima et al. 1999; Orth et al. 1993; Rothschild et al. 1999; Gold dan Alic 1993; Wariishi dan Gold 1990) yang mempunyai peranan penting dalam proses perombakan lignin (Gambar 4). LiP merupakan katalis utama dalam proses ligninolisis oleh kapang karena mampu memecah unit non fenolik yang menyusun sekitar 90 persen struktur lignin (Srebotnik et al. 1994). LiP dan MnP mempunyai mekanisme yang berbeda dalam proses ligninolisis (Broda et al. 1996). MnP mengoksidasi Mn2+ menjadi Mn3+ yang berperan sebagai dalam pemutusan unit fenolik lignin. LiP mengkatalis oksidasi senyawa aromatik non fenolik. Mekanisme LiP dalam dalam mengkatalis reaksi masih belum jelas (Johjima et al. 1999), apakah berinteraksi langsung dengan lignin atau melalui perantaraan radikal. LiP yang diaktivasi oleh H2O2 dapat mengoksidasi senyawa fenolik dan non fenolik dengan mediator veratryl alcohol (Have dan Fransesen 2001).

Gambar 4. Skema system degradasi lignin oleh Phanerochaete chrysosporium (Akhtar et al, 1997)

Daftar PustakaAgustina Dwi, 2009. Kadar Lignin Dan Tipe Monomer Penyusun Lignin Pada Kayu Akasia. Fakultas Kehutanan, IPB. Bogor.Lubis, Ariani A, 2007. Isolasi Lignin Dari Lindi Hitam (Black Liquor) Proses Pemasakan Pulp Soda Dan Pulp Sulfat (Kraft). Fakultas Teknologi Pertanian, IPB. Bogor.Roosmini, D, 2006. Penyisihan Senyawa Klorolignin Oleh Phanerochaete Chrysosporium Dalam Bioreaktor Unggun Terfluidisasi. Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, ITB. Bandung.Suparjo, 2008. Degradasi Komponen Lignoselulosa Oleh Kapang Pelapuk Putih. jajo66.wordpress.com.

http://moharifr.blogspot.com/search/label/Catatan%20Kehutanan

M.Maarij Harfadli | Kimia Lingkungan - Lignin3