Karakteristik Lignoselulosa

Lignoselulosa terutama tersusun atas lignin, selulosa, dan hemiselulosa. Kandungannya bervariasi tergantung pada jenis dan umur tanaman.

Lignin

Lignin adalah polimer tri-dimensional phenylphropanoid yang dihubungkan dengan beberapa ikatan berbeda antara karbon-ke-karbon dan beberapa ikatan lain antara unit phenylprophane yang tidak mudah dihirolisis (33). Di alam lignin ditemukan sebagai bagian integral dari dinding sel tanaman, terbenam di dalam polimer matrik dari selulosa dan hemiselulosa. Lignin adalah polimer dari unit phenylpropene: unit guaiacyl (G) dari prekusor trans-coniferyl-alcohol, syringyl (S) unit dari trans-sihapyl-alcohol, dan p-hydroxyphenyl (H) unit dari prekursor trans-p-coumaryl alcohol. Komposisi lignin di alam sangat bervariasi tergantung pada spesies tanaman. Pengelompokan seperti kayu lunak, kayu keras, dan rumput-rumputan, lignin dapat dibagi menjadi dua kelompok utama, yaitu: guaiacyl lignin dan guaiacyl-syringyl lignin (Gibbs, 1958 in (34)). Guaiacyl lignin adalah produk polimerisasi yang didominasi oleh coniferyl alcohol, sedangkan guaiacyl-syringlyl lignin tersusun atas beberapa bagian dari inti aromatic guaiacyl dan syringyl, bersama dengan sejumlah kecil unit p-hydroxyphenyl. Kayu lunak terutama tersusun atas unit guaiacyl, sedangkan kayu keras juga tersusun atas unit syringyl. Kayu lunak ditemukan lebih resisten untuk didelignifikasi dengan ekstraksi basa daripada kayu keras (35). Hal ini menimbulkan dugaan bahwa guaiacyl lignin membatasi pemekaran (swelling) serat dan dengan demikian menghalangi serangan enzim pada syringyl lignin. Struktur yang lebih resisten dari guaiacyl lignin juga telah diobservasi di dalam study degradasi dari lignin sintetis oleh fungi perombak lignin Phanerochaeta chrysosporium (Faix et al., 1985).
Beberapa study lignin terbaru menemukan bahwa terdapat struktur lignin yang bermacam-macam (36). Lignin seperti terdiri dari daerah amorphous dan bentuk-bentuk tersturktur seperti partikel tabung dan globul. Ada indikasi pula bahwa struktur kimia dan tri-dimensional lignin sangat dipengaruhi oleh matrik polisakarida. Simulasi dinamik menunjukkan bahwa gugus hydroxyl dan methoxyl di dalam prekusor lignin dan oligomer mungkin berinteraksi dengan mikrofibril selulosa sejalan dengan fakta bahwa lignin memiliki karakteristik hidrofobik.

Tipe ikatan utama lignin di dalam kayu spruce adalah ikatan (linkage) ether, di mana ikatan arylglycerol--aryl ether adalah yang utama. Sebagai tambahan, unit phenylpropene diikat oleh ikatan karbon-ke-karbon (37). Grup fungsional yang mempengaruhi reaktifitas lignin meliputi gugus phenolic hydroxyl bebas, methoxyl, benzylic hydroxyl, benzyl alcohol, noncyclic benzyl ether dan carbonyl. Guaiacyl lignin mengandung gugus phenolic hydroxyl daripada syringyl. Skema struktur dari lignin kayu lunak, termasuk struktur baru dibenzodiaxocin, diperlihatkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Struktur lignin kayu lunak (Brunov, 1998). Gugus struktur dan fungsional yang umum ditemukan di dalam molekul lignin juga ditampilkan.

Struktur kimia asal lignin mengalami perubahan di bawah kondisi suhu yang tinggi dan asam, seperti pada pretreatment dengan uap panas. Reaksi pada temperature tinggi di atas 200oC, lignin terpecah menjadi partikel yang lebih kecil dan terlepas dari selulosa (38). Penelitian awal pada lignin kayu keras menunjukkan bahwa ikatan -O-4 aryl ether terpecah pada saat perlakuan steam-explotion yang menyebabkan penurunan bobot molekul dan meningkatkan kandungan phenolic (38).

Selulosa

Selulosa adalah komponen utama yang mencapai 62.9% dari bobot kering TKKS (6). Selulosa sangat erat berasosiasi dengan hemiselulosa dan lignin. Isolasi selulosa membutuhkan perlakuan kimia yang intensif (5). Selulosa terdiri dari unit monomer D-glukosa yang terikat melalui ikatan -1-4-glikosidik. Residu glukosa tersusun dengan posisi 180o antara satu dengan yang lain, dan selanjutnya pengulangan unit dari rantai selulosa membantuk unit selobiosa (Gambar 2). Derajat polimerasi(DP) selulosa bervariasi antara 7000 – 15000 unit glukosa, tergantung pada bahan asalnya.

(A)

(B)
Gambar 2. Gambar skema selulosa (A) (sumber http://www.scientificpsychic.com/fitness/carbohydrates.html ) dan model molekul selulosa (B) (sumber http://www.lsbu.ac.uk/water/hycel.html).

Gugus fungsional dari rantai selulosa adalah gugus hydroxyl. Gugus – OH ini dapat berinteraksi satu sama lain dengan gugus –O, -N, dan –S, membentuk ikatan hydrogen. Ikatan –H juga terjadi antara gugus –OH selulosa dengan air. Gugus-OH selulosa menyebabkan permukaan selulosa menjadi hidrofilik. Rantai selulosa memiliki gugus-H di kedua ujungnya. Ujung –C1 memiliki sifat pereduksi. Struktur rantai selulosa distabilkan oleh ikatan hydrogen yang kuat disepanjang rantai. Di dalam selulosa alami dari tanaman, rantai selulosa diikat bersama-sama membentuk mikrofibril yang sangat terkristal (highly crystalline) dimana setiap rantai selulosa diikat bersama-sama dengan ikatan hydrogen. Sebuah kristal selulosa mengandung sepuluh rantai glukan dengan orientasi pararel. Tujuh kristal polymorphs telah diidentifikasi untuk selulosa, yang dikodekan dengan Iα, I, II, IIII,IIIII, IVI dan IVII (39). Di alam, kristal selulosa jenis Iα dan I ditemukan melimpah (41). Sebagai tambahan di dalam area yang sangat terkristal, selulosa alami mengandung area amorphous yang lebih sedikit.

Hemiselulosa

Hemiselulosa umumnya dikelompokkan berdasarkan residu gula utama yang menyususun rangkanya, seperti: xylan, mannan, galactan, dan glucan, dengan xylan dan mannan adalah gugus utama dari hemiselulosa (Gambar 3). Hemiselulosa umumnya dilaporkan berasosiasi secara kimia atau terikat-silang dengan polisakarida, protein, atau lignin. Xylan kemungkinan sebagai wilayah ikatan utama antara lignin dan karbohirat lain. Hemiselulosa lebih mudah larut daripada selulosa, dan dapat diisolasi dari kayu dengan ekstraksi. Rata-rata derajat polimerisasi (DP) dari hemiselulosa bervariasi antara 70 dan 200 tergantng pada jenis kayu (34).

Gambar 3. Beberapa gula penyusun hemiselulosa (sumber (15))

Hemiselulosa di dalam kayu keras dan tanaman semusim terutama tersusun atas xylan (15-30%), sedangkan hemiselulosa kayu lunak tersusun atas galaktoglukomannan (15 – 20%) dan xylan (7 – 10%). Xylan kayu keras terdiri atas unit -D-xylopyranosyl, yang mengandung asam 4-O-methyl-α-D-glucuronic dan gugus samping acetil. Asam 4-O-methyl-α- D-glucuronic diikat ke rangka xylan melalui ikatan O-(12) glycosidic dan asam asetik diesterifikasi pada gugus karbon 2 dan/atau 3 hydroxyl. Rasio molar antara xylosa : asam glukoronat : residu acetil adalah antara 10:1:7. Xylan kayu lunak adalah arabino-4-O-methylglucuronoxylan, di mana tidak terasetilasi, tetapi rangka xylan disubstitusi pada karbon 2 dan 3 secara berurutan dengan asam 4-O-methyl-α-D-glucuronic dan residu α-L-arabinofuranosyl (35).

Galaktoglukomannan kayu lunak memiliki rangka ikatan--1-4 unit -D-glucopyranosyl dan -D-mannopyranosyl, yang sebagian disubstitusi oleh α-D-galactopyranosyl dan gugus asetil (39). Terdapat dua macam galaktoglukomanan: fraksi larut air dan alkali, dengan rasio mannose:glukosa:galaktosa:residu asetil 3:1:1:0.24 untuk faksi larut air, dan 3:1:0.1:0.24 untuk fraksi larut alkali (Timell, 1967 in (34)).

Download buku dan referensi lain: Klik Di Sini.

---

Referensi yang berkaitan:

Posted from WordPress for Android