Vol. 12 No. 2 Juli 2014 ISSN Daftar Isi

Vol. 12• No. 2 • Juli 2014

ISSN 1693-3834

Daftar Isi Artikel Asli: Ekstrak dan Serbuk Kayu Jati sebagai Larvasida Aedes aegypti (Larvicide Activity of Teak Wood Powder and Its Extract to Dengue Fever Mosquito) Deded S Nawawi, Anne Carolina, Cahyo Werdiningsih ……………….…...

101-107

Potensi Ekstrak Kulit Kayu dari Hutan Gunung Salak sebagai Agen Antidiabetes dan Antikanker (Potential Antidiabetic and Anticancer Agents from the Inner Bark Extractives of Mount Salak Forest Woods) Rita K Sari, Wasrin Syafii, Nur Azizah, Juliasman, Muhammad Fadli, Minarti …………….…………………………………………..……………..

108-117

Sifat Keawetan Alami dan Pengawetan Kayu Mangium, Manii dan Sengon secara Rendaman Dingin dan Rendaman Panas Dingin (Natural Durability and Preservative Treatability of Mangium, Manii and Sengon Woods by Cold Soaking and Hot-Cold Soaking Methods) Trisna Priadi, Gendis A Pratiwi ……………………..……………..………...

118-126

Pengaruh Perlakuan Alkali terhadap Wettability pada Komposit Serat Sabut Kelapa–Polyester (Effects of Alkali Treatment on Wettability of Coconut Fiber – Polyester Composites) Imran S Musanif, Daud O Topayung, Oktovian BA Sompie ………….……

127-133

Kekuatan Tekan Tegak Lurus Serat Cross Laminated Timber (CLT) Tiga Jenis Kayu Rakyat (Compression Strength Perpendicular to the Grain of Cross Laminated Timber (CLT) of the Three Community Wood Species) Muthmainnah, Sucahyo Sadiyo, Lina Karlinasari ………….….……………

134-145

Keawetan Alami Lima Jenis Bambu terhadap Serangan Rayap dan Bubuk Kayu Kering (Natural Durability of Five Bamboo Species Against Termites and Powder Post Beetle) Fauzi Febrianto, Adiyantara Gumilang, Sena Maulana, Imam Busyra, Agustina Purwaningsih ……………………………………….……………..

146-156

Karakteristik Papan Laminasi dari Batang Kelapa Sawit (The Characteristics of the Laminated Board of Oil Palm Trunk) Atmawi Darwis, Muhammad Y Massijaya, Naresworo Nugroho, Eka M Alamsyah …………………………………………………………………….

157-168

Vol. 12• No. 2 • Juli 2014

ISSN 1693-3834

Pengaruh Pengukusan dan Pengempaan Panas terhadap Beberapa Sifat Kayu Jabon untuk Bahan Mebel (The Effect of Steaming and Heat-Compression on the Properties of Jabon Wood for Furniture Materials) Efrida Basri, Abdurachman, Wahyu Dwianto.............................................

169-177

Characteristics of Soda Pulp from Distilled Vetiver Root Firda A Syamani, Subyakto, Sukardi, Ani Suryani……………..……………

178-185

Sifat Fisis dan Mekanis Glulam dari Kayu Samama (Physical and Mechanical Properties of Samama Wood Glulam) Tekat D Cahyono, Syarif Ohorella, Fauzi Febrianto, Trisna Priadi, Imam Wahyudi…………………………………………………………….………...

186-195

Peningkatan Rendemen Gula Pereduksi dari Kayu Jabon dengan Perlakuan Air Kapur (Ca(OH)2) (Lime Pretreatment on Jabon Wood to Improve Its Reducing Sugar Yield) Yusup Amin, Wasrin Syafii, Nyoman J Wistara, Bambang Prasetya ….……

196-206

Vol. 12 • No. 2 • Juli 2014

ISSN 1693-3834

Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis (Journal of Tropical Wood Science and Technology) Artikel dalam Volume 12 Nomor 1  Trace Elements Measurement of Mangium Wood (Acacia mangium) by AAS

Nyoman J Wistara, Evelin Yustiana

1-10

 Perubahan Warna Kayu Jabon Terwarnai Ekstrak Kulit Kayu Samak (Syzygium inophyllum)

Muflihati, Deded S Nawawi, Istie S Rahayu, Wasrin Syafii

11-19

 Distribusi Bahan Pengawet Larut Air pada Kayu Fauzi Febrianto, Diawetkan secara Sel Penuh dan Sel Kosong Adiyantara Gumilang, Anne Carolina, Fengki S Yoresta

20-32

 Studi Eksperimental Perilaku Lentur Balok Glulam Kayu Pinus (Pinus merkusii )  Bond Ability of Oil Palm Xylem with Isocyanate Adhesive

Fengky S Yoresta

33-38

Atmawi Darwis, Muhammad Y Massijaya, Naresworo Nugroho, Eka M Alamsyah, Dodik R Nurrochmat

39-47

 Uji Bioaktivitas Zat Ekstraktif Pohon Mindi (Melia azedarach Linn) dengan Metode Brine Shrimp Lethality Test  Proporsi Kayu Teras dan Sifat Fisik-Mekanik pada Tiga Kelas Diameter Kayu Gelam (Melaleuca sp) dari Kalimantan Tengah

Wasrin Syafii, Rita K Sari, Siti Maemunah

48-55

Wahyu Supriyati, Tibertius A Prayitno, Soemardi, Sri N Marsoem

56-64

 Karakteristik Bambu Lapis Menggunakan Anyaman Kajang dari Bambu Andong (Gigantochloa pseudoarundinaceae)

Ega P Yoga, Sukma S Kusuma, Jajang Suryana, Muhammad Y Massijaya

65-73

 Sifat Permesinan Dua Jenis Kayu Kurang Dimanfaatkan Asal Papua Barat

Wahyudi, Muhamad Makrus, Antonius EB Susilo

74-81

 Carbon Dioxide Injection in Bamboo Cement Board Manufacturing

Bakri, Suhasman

82-90

 Aktivitas Antiproliferasi Ekstrak Kulit dan Kayu Jabon (Anthocephalus cadamba Miq.) terhadap Sel Kanker Serviks HeLa dan Payudara MCF7

Rita K Sari, Devi Armilasari, Deded S Nawawi, Wayan Darmawan

91-100

Vol. 12 • No. 2 • Juli 2014

ISSN 1693-3834

Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis (Journal of Tropical Wood Science and Technology) Artikel dalam Volume 12 Nomor 2  Ekstrak dan Serbuk Kayu Larvasida Aedes aegypti

Jati

sebagai Deded S Nawawi, Anne Carolina, Cahyo Werdiningsih  Potensi Ekstrak Kulit Kayu dari Hutan Rita K Sari, Wasrin Syafii, Gunung Salak sebagai Agen Antidiabetes dan Nur Azizah, Juliasman, Muhammad Fadl, Minarti Antikanker

101-107

108-117

 Sifat Keawetan Alami dan Pengawetan Kayu Trisna Priadi, Gendis A Mangium, Manii dan Sengon secara Pratiwi Rendaman Dingin dan Rendaman Panas Dingin

118-126

 Pengaruh Perlakuan Alkali terhadap Imran S Musanif, Daud O Wettability pada Komposit Serat Sabut Topayung, Oktovian BA Kelapa–Polyester Sompie

127-133

 Kekuatan Tekan Tegak Lurus Serat Cross Muthmainnah, Sucahyo Laminated Timber (CLT) Tiga Jenis Kayu Sadiyo, Lina Karlinasari Rakyat

134-145

 Keawetan Alami Lima Jenis Bambu terhadap Fauzi Febrianto, Adiyantara Serangan Rayap dan Bubuk Kayu Kering Gumilang, Sena Maulana, Imam Busyra, Agustina Purwaningsih

146-156

 Karakteristik Papan Laminasi dari Batang Atmawi Darwis, Muhammad 157-168 Kelapa Sawit Y Massijaya, Naresworo Nugroho, Eka M Alamsyah  Pengaruh Pengukusan dan Pengempaan Panas terhadap Beberapa Sifat Kayu Jabon untuk Bahan Mebel  Characteristics of Soda Pulp from Distilled Vetiver Root

Efrida Basri, Abdurachman, Wahyu Dwianto

169-177

Firda A Syamani, Subyakto, Sukardi, Ani Suryani

178-185

 Sifat Fisis dan Mekanis Glulam dari Kayu Tekat D Cahyono, Syarif Samama Ohorella, Fauzi Febrianto, Trisna Priadi, Imam Wahyudi

186-195

 Peningkatan Rendemen Gula Pereduksi dari Yusup Amin, Wasrin Syafii, 196-206 Kayu Jabon dengan Perlakuan Air Kapur Nyoman J Wistara, Bambang (Ca(OH)2) Prasetya

Vol. 12 • No. 2 • Juli 2014

ISSN 1693-3834

Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis (Journal of Tropical Wood Science and Technology) Indeks Penulis Abdurachman Amin Y

169 196

Maemunah S Marsoem SN

Alamsyah EM

39, 157

Massijaya MY

Armilasari D Azizah N Bakri Basri E

91 108 82 169

Minarti Muflihati Musanif IS Muthmainnah

Busyra I

146

Nawawi DS

48 56 39, 65, 157 108 11 127 134 11, 91,101

Soemardi Sompie OBA

56 127

Subyakto

178

Suhasman Supriyati W Suryana J Suryani A

82 56 65 178

Susilo AEB

74

Cahyono TD

186

Nugroho N

39, 157

Syafii W

Carolina A

20, 101

Nurrohmat DR

39

Darmawan W

91

Ohorella S

186

Darwis A Dwianto W

39, 157 169

Prasetya B Pratiwi GA

196 118

Fadli M

108

Prayitno TA

56

Syamani FA Topayung DO Wahyudi Wahyudi I Werdiningsih C

11, 48,108, 196 178 127 74 186 101

Priadi T

118, 186

Wistara NJ

1, 196

Gumilang A Karlinasari L Kusuma SS

20, 146, 186 20, 146 134 65

Purwaningsih A Rahayu IS Sadiyo S

Yoga EP Yoresta FS Yustiana E

65 20, 33 1

Makrus

74

Sari RK

146 11 134 48, 91, 108

Febrianto F

Vol. 12 • No. 2 • Juli 2014

ISSN 1693-3834

Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis (Journal of Tropical Wood Science and Technology) Indeks Kata Kunci -glucosidase Aedes aegypti Andong bamboo Anthocephalus cadamba Anticancer Antidiabetic

108 101 65 91 108 108

Antiproliferative activity

91

Acacia mangium Artemia salina Atomic absorption spectrometry Bamboo Bark extract Bioactivity Bond ability Brine shrimp lethality test Carbon dioxide injection Closed loop cycle CLT Cement board Coconut fiber Compressive strength perpendicular to grain Contact angle Diameter class Distribution pattern Droplet Dry wood termite Durability Empty cell process Enzymatic hydrolysis Epoxy Extractives

1 48 1 82, 146 11 48 39 48 82 1 134 82 127 134

Flexural behavior FT-IR analysis Full cell process

33 178 20

127 56 20 127 118, 146 20 20 196 65 101

Furniture Gelam wood Glulam Glulam beam Heat pressure Hela cervical adenocarcinoma cell lines Human MCF7 breast Cancer cell line Heartwood Innerbark extractives Isocyanates Jabon wood Laminae Laminated board Larvicide Less-used species Lime pretreatment Line load Machining properties Mechanical properties Metallic contents Mindi

169 56 157, 186 33 169 91

Mount salak forest Modulus of rupture Nangka Natural durability Natural dye Oil palm trunk Oil palm xylem Oxygen-based bleaching Physical properties Physical-mechanical properties Pinus merkusii Plybamboo Powder post beetle

108 33 134 118, 146 11 157 39 1 186 56, 157

91 56 108 39 11, 196 157 39 101 74 196 134 74 186 1 134

33 65 146

Vol. 12 • No. 2 • Juli 2014

ISSN 1693-3834

Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis (Journal of Tropical Wood Science and Technology) Indeks Kata Kunci Preservative treatability PVAC Reducing sugar yield Samak wood Samama wood Sengon Simpur Soda pulping Steaming Stiffness

118 65 196 11 186 134 74 178 169 33

Tectona grandis Tectoquinone toona sinensis Vero normal cell lines Vetiver root Water borne preservative Water gum Wettability Wood properties X-ray diffraction

101 101 48 91 178 20 74 127 169 178

Subterranean termite Syzygium inophyllum

118, 146 11

Young age-jabon

169

Vol. 12 • No. 2 • Juli 2014

ISSN 1693-3834

Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis (Journal of Tropical Wood Science and Technology) Ucapan Terima Kasih Dewan Penyunting Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis mengucapkan terima kasih kepada: Dr. Ir. Adi Santoso (PUSTEKOLAH-KEMENHUT) Prof (R). Dr. Ir. Anita Firmanti (PUSLITKIM) Dr. Ir. Dede Hermawan (IPB) Prof. Dr. Ir. Dodi Nandika (IPB) Dr. Ir. Eka Mulya Alamsyah (ITB) Dr. Ganis Lukmandaru (UGM) Prof. (R). Dr. Gustan Pari (PUSTEKOLAH-KEMENHUT) Dr. Ir. IsnaYuniar (UNMUL) Dr. Ir. IhakSumardi (ITB) Prof. Dr. Imam Wahyudi (IPB) Prof. Kim Nam Hun (Kangwon National University, Korea) Dr. Lee Seung Hwan (Kangwon National University, Korea) Dr. Lina Karlinasari (IPB) Prof. Dr. Ir. Muh. Yusram Massijaya (IPB) Prof. Dr. Musrizal Muin, M.Sc. (UNHAS) Nyoman J Wistara, Ph.D. (IPB) Dr. Ir. Rudi Hartono (USU) Dr. Suhasman (UNHAS) Prof. Dr. Ir. Sucahyo Sadiyo, MS. (IPB) Dr. Wahyu Dwianto (LIPI) Prof. Dr. Wasrin Syafii (IPB) Prof. Dr. Ir. Wayan Darmawan, M.Sc.(IPB) Prof. Dr. Yusuf Sudo Hadi (IPB) Prof. Edi Suhaemi Bakar (University Putra Malaysia) Sebagai penelaah naskah Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis Volume 12 Nomor 1 dan 2 tahun 2014.

Ekstrak dan Serbuk Kayu Jati sebagai Larvasida Aedes aegypti (Larvicide Activity of Teak Wood Powder and Its Extract to Dengue Fever Mosquito) Deded S Nawawi*, Anne Carolina, Cahyo Werdiningsih Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor Kampus IPB Darmaga Bogor, 16680 *Penulis korespondensi: [email protected] Abstract Dengue fever is transmitted to human by Aedes aegypti mosquito. Tectoquinone of teakwood extractives could be developed as natural larvicide for the mosquito due to its antifungal and insecticidal activities. However, larvicidal activities of Indonesian teak wood extract have not been investigated to a greater exten. In the present works, the larvicidal activity of teak wood extract and wood powder against fourth-instar larvae of A. aegypti was examined for different concentration of 2-methylanthraquinone based. Heartwood sample of 45 year old tree from East Java was used for the experiment. Isolation of extractives was carried out with ethanol: toluene (1:1 v/v). The concentration of 2-methylanthraquinone of the extract was determined by Pyr-Gas Chromatography Mass Spectrometry (Pyr-GC-MS). Larvacidal activity was expressed as a mortality of larva and lethal concentration (LC50 and LC90). The 2-methylanthraquinone was conformed as the main compound of teak wood extract. Teak wood extract was an effective larvicide against A. aegypti larvae. The LC50 and LC90 of the extract were found at 7.99 and 11.87 µg ml-1 of 2-methylanthraquinone, respectively. Higher lethal concentration was required by wood powder, i.e. with LC50 and LC90 of 849.30 µg ml-1 and 1051.10 µg ml-1, respectively. Keywords: Aedes aegypti, extractives, larvicide, Tectona grandis, tectoquinone

Abstrak Nyamuk Aedes aegypti adalah vektor penularan penyakit demam berdarah. Senyawa tektokuinon dari zat ekstraktif kayu jati berpotensi sebagai larvasida alami untuk nyamuk ini karena aktifitas insektisida dan anti jamurnya. Tetapi, aplikasi ekstrak kayu jati asal Indonesia sebagai larvasida A. aegypti belum intensif diteliti. Efektifitas ekstrak dan serbuk kayu jati sebagai larvasida nyamuk A. aegypti diuji pada konsentrasi berbeda berdasarkan komponen 2metilantrakuinon. Ekstrak diisolasi dari kayu teras pohon jati berumur 45 tahun berasal dari Jawa Timur dengan metode sokhletasi berpelarut etanol:toluena (1:1 v/v). Konsetrasi 2metilantrakuinon dalam ekstrak diuji dengan Pirolisis-Gas Kromatografi dilengkapi Spektrometri Massa. Aktifitas larvasida diukur sebagai nilai mortalitas larva dan lethal concentration (LC50 dan LC90). Senyawa 2-metilantrakuinon merupakan komponen utama dalam ekstrak kayu jati. Ekstrak kayu jati efektif sebagai larvasida A. aegypti dengan nilai LC50 dan LC90 masing-masing 7,99 dan 11,87 µg ml-1 setara komponen aktif 2-metilantrakuinon. Sementara itu, aplikasi serbuk kayu jati menghasilkan nilai lethal concentration 849,30 µg ml-1 (LC50) dan 1051,10 µg ml-1 (LC90). Kata kunci: Aedes aegypti, larvasida, Tectona grandis, tektokuinon, zat ekstraktif

Ekstrak dan Serbuk Kayu Jati sebagai Larvasida Aedes aegypti Deded S Nawawi, Anne Carolina, Cahyo Werdiningsih

101

Pendahuluan Demam berdarah adalah jenis penyakit yang disebabkan oleh salah satu virus dari genus Flavivirus yang penyebarannya kepada manusia terjadi melalui gigitan nyamuk Aedes aegypti (WHO 2009). Metode pencegahan yang banyak dilakukan adalah dengan pengendalian populasi nyamuk A. aegypti sebagai vektornya. Pengendalian nyamuk demam berdarah (A. aegypti) dapat dilakukan dengan pendekatan pengelolaan lingkungan, cara biologis, dan kimia. Metode yang dianggap efektif untuk pengendalian nyamuk adalah dengan pencegahan perkembangbiakannya menggunakan larvasida. Pengendalian larva nyamuk cara kimia dengan insektisida sintetis dari golongan organofosfat misalnya Temephos (WHO 1975), walaupun dianggap efektif, tetapi semakin mendapat perhatian banyak pihak dalam kaitannya dengan masalah lingkungan, resistensi, dan sifat racunnya terhadap makhluk hidup lainnya. Oleh sebab itu salah satu strategi dalam pengembangan insektisida untuk pengendalian nyamuk vektor demam berdarah ini mengarah pada eksplorasi bahan bio-aktif alami. Dari berbagai penelitian, teridentifikasi beberapa jenis komponen bioaktif yang berperan sebagai biolarvisida larva nyamuk antara lain saponin (Chapagain et al. 2007), kelompok terpena (Cheng et al. 2009a, Kiran et al. 2005), minyak atsiri (Cheng et al. 2009a,b, Silva et al. 2008, Nathan 2007), alkaloid (Garcez et al. 2009), dan kelompok kuinon (Georges et al. 2008, Cheng et al. 2008, Yang et al. 2003). Dalam kelompok quinon teridentifikasi komponen bioaktif yang memiliki aktivitas larvasida antara lain antrakuinon yang terdapat pada tumbuhan Cassia spp. (Georges et 102

al. 2008, Yang et al. 2003) dan 2metilanthrakuinon dalam zat ekstraktif kayu Cryptomeria japonica (Cheng et al. 2008). Kayu jati (Tectona grandis Lin.) dikenal memiliki ketahanan tinggi terhadap faktor perusak kayu seperti rayap (Lukmandaru & Takahashi 2008) dan terhadap jamur white-rot dan brown rot (Haupt et al. 2003, Thulasidas & Bhat 2007). Komponen bio-aktif utama dalam zat ekstraktif kayu jati yang berperan terhadap keawetan alaminya adalah tektokuinon (Kafuku & Sebe 1932, Lukmandaru & Takahashi 2009, Haupt et al. 2003) yang berdasarkan struktur kimianya merupakan antrakuinon tersubstitusi yaitu 2-metilantrakuinon. Kadar tektokuinon dalam kayu jati dapat mencapai 0,24-1,1% dari bobot kayu (Ohi 2001). Kadar tektokuinon dan kuinon lainnya dalam tumbuhan beragam bergantung pada lokasi tempat tumbuh, umur pohon dan bagian kayu (Ohi 2001, Haupt et al. 2003, Lukmandaru & Takahashi 2009). Sejauh ini, masih belum dilakukan penelitian intensif tentang pemanfaatan kuinon dalam zat ekstraktif kayu jati dari Indonesia sebagai larvasida pengendali larva nyamuk A. aegypti. Penelitian ini bertujuan untuk menguji efektivitas ekstrak dan serbuk kayu jati sebagai biolarvasida nyamuk A. aegypti. Bahan dan Metode Penyiapan bahan Serbuk kayu jati berukuran 40-60 mesh disiapkan dari kepingan kayu jati umur 45 tahun yang berasal dari KPH Madiun Jawa Timur, melalui proses pencacahan, penggilingan dengan willey mill dan penyaringan. Ekstrak kayu jati disiapkan menggunakan metode sokletasi dengan pelarut campuran etanol:toluena 1:1 J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol. 12 No.2 Juli 2014

(v/v). Kadar 2-metilantrakuinon dalam ekstrak diuji menggunakan Pyr-GC-MS. Penyiapan larva nyamuk Larva nyamuk disiapkan dengan menetaskan telur nyamuk A. aegypti dalam air suling dengan pakan hati ayam yang telah direbus. Pengujian dilakukan terhadap larva nyamuk A. aegypti instar IV yang merupakan fase larva dewasa sebelum menjadi pupa sehingga memiliki daya tahan paling tinggi. Uji aktivitas larvasida Pengujian aktivitas larvasida dari ekstrak kayu jati merujuk pada penelitian yang dilakukan oleh Cheng et al. (2008) yang dimodifikasi jumlah hewan ujinya menjadi 20 ekor. Konsentrasi bioaktif (setara 2-metilantrakuinon) yang digunakan adalah 2,5; 5,0; 7,5; 10,0 ; 12,5; dan 15,0 μg ml-1. Pengujian aktivitas larvasida serbuk kayu jati menggunakan konsentrasi berdasarkan hasil pengujian berbahan ekstrak, dengan selang konsentrasi serbuk berkisar 600-1200 μg ml-1. Kontrol negatif yang digunakan berupa 24,5 ml air suling dan 500 µl DMSO, dan kontrol positif menggunakan insektisida komersial Abate dengan bahan aktif Temephos 1% setara konsentrasi yang sama dengan perlakuan ekstrak jati. Pengujian dilakukan sebanyak tiga ulangan. Parameter yang diukur adalah nilai mortalitas larva nyamuk dan dikoreksi dengan kontrol. Nilai toksiksisitas dan efektivitas diukur dengan nilai lethal concentration (LC50 dan LC90) yang menunjukkan konsentrasi dalam μg ml-1 yang menyebabkan masing-masing 50 dan 90% kematian larva nyamuk dalam waktu 48 jam.


Analisis data Nilai LC50 dan LC90 yang menyebabkan kematian larva nyamuk A. aegypti instar IV ditentukan menggunakan metode probit analisis menggunakan software minitab 16 for windows. Korelasi antara konsentrasi ekstrak dengan mortalitas larva diduga dengan regresi sederhana. Hasil dan Pembahasan Efektivitas larvasida ekstrak kayu jati Tektokuinon atau 2-metilantrakuinon termasuk kelompok senyawa antrakuinon (Sumthong et al. 2006) yang merupakan senyawa utama dalam zat ekstraktif kayu jati. Pelarut etanol:toluena 1:1 (v/v) efektif mengekstrak zat ekstraktif kayu jati dengan kadar tektokuinon dominan, yaitu 23,85% terhadap ekstrak. Sementara itu isolasi ekstrak dengan campuran pelarut etanol-toluena (1:1 v/v) menghasilkan kadar ekstrak 8,86%. Ekstrak kayu jati yang mengandung senyawa utama 2-metilantrakuinon efektif sebagai larvasida nyamuk A. aegypti, walaupun efektivitasnya masih lebih rendah dibandingkan dengan larvasida komersial Abate berbahan aktif Temephos (Gambar 1). Ekstrak kayu jati sangat efektif sebagai insektisida alami, dengan konsentrasi setara tektokuinon 15 µg ml-1 sudah menyebabkan kematian larva nyamuk A. aegypti 100% dalam waktu 48 jam. Kematian larva nyamuk sudah terjadi pada konsentrasi setara tektokuinon 2,5 µg ml-1 dan meningkat dengan semakin tingginya konsentrasi ekstrak (Gambar 2). Pada konsentrasi 15 µg ml-1 mortalitas larva meningkat dengan bertambahnya waktu pengujian dan mencapai mortalitas 100% pada waktu 48 jam.

103

Senyawa 2-metilantrakuinon merupakan salah satu jenis senyawa kuinon, dan banyak jenis senyawa kuinon bersifat bioaktif sebagai insektisida dan larvasida terhadap larva nyamuk A. aegypti (Cheng et al. 2003, Yang et al. 2003, Chapagain et al. 2008). Lethal concentration ekstrak kayu jati Tingkat toksisitas ekstrak kayu jati sebagai larvasida dinyatakan dalam nilai LC50 dan LC90 yang menunjukkan konsentrasi setara tektokuinon yang menyebabkan mortalitas larva nyamuk

masing-masing 50 dan 90%. Nilai LC50 dan LC90 2-metilantrakuinon dalam ekstrak jati terhadap larva nyamuk A. aegypti masing-masing 8,05 dan 11,86 µg ml-1 atau setara 33,75 µg ml-1 (LC50) dan 49,73 µg ml-1 (LC90) ekstrak kayu jati. Berdasarkan nilai LC50 dan LC90 tersebut, tektokuinon dalam ekstrak kayu jati tergolong sangat toksik sebagai biolarvasida nyamuk A. aegypti. Geris et al. (2008) menyatakan bahwa standar nilai LC50 larvasida nabati senyawa murni berkisar 0,1-49 µg ml-1.

Konsentrasi setara tektokuinon (µg ml-1)

Gambar 1 Mortalitas larva nyamuk A. aegypti pada berbagai konsentrasi ekstrak jati.

Gambar 2 Korelasi konsentrasi 2-metilantrakuinon dalam ekstrak jati dengan mortalitas larva nyamuk A. aegypti.

104

J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol. 12 No.2 Juli 2014

Hasil penelitian sebelumnya, efektivitas 2-metilantrakuinon sebagai larvasida ditunjukkan dalam ekstrak kayu C. japonica (Cheng et al. (2008). Hasil isolasi dan pemurnian senyawa 2metilantrakuinon dari kayu C. japonica memiliki toksisitas sangat tinggi terhadap larva A. aegypti dengan nilai LC50 dan LC90 masing-masing 3,3 dan 8,8µg ml-1.Toksisitas 2-metilantrakuinon dalam ekstrak kayu jati hasil penelitian ini lebih rendah dibandingkan dengan 2metilantrakuinon dari ekstrak kayu C. Japonica (Cheng et al. 2008), karena penelitian ini menggunakan ekstrak kasar yang belum dimurnikan. Keberadaan senyawa lain dalam ekstrak dapat berperan positif maupun negatif terhadap toksisitas ekstrak. Ekstrak dari tumbuhan bisa terdiri atas banyak senyawa, dan nilai lethal concentration bisa dipengaruhi oleh masing-masing senyawa tersebut. Selain itu perbedaan interval konsentrasi pengujian juga dapat mempengaruhi nilai LC50 dan LC90. Semakin kecil interval dan semakin banyak variabel konsentrasi yang digunakan dalam pengujian akan semakin teliti hasil analisis probit untuk nilai LC50 dan LC90.

Efektivitas larvasida serbuk kayu jati Penggunaan serbuk kayu jati secara langsung menyebabkan kematian larva nyamuk A. aegypti pada konsentrasi lebih tinggi dibandingkan dengan ekstrak. Walaupun mortalitas larva nyamuk meningkat sejalan dengan peningkatan konsentrasi serbuk, akan tetapi mortalitas larva 100% dicapai pada konsentrasi setara tektokuinon 1200 µg ml-1 (Gambar 3 dan 4). Efektivitas serbuk kayu jati sebagai larvasida relatif rendah karena 2metilantrakuinon yang diduga bertanggung jawab sebagai bioaktif larvasida tidak mudah terlarut dalam air. Ohi (2001) menyatakan bahwa 2metilantrakuinon lebih bersifat non polar sehingga sukar terlarut dalam air. Akibatnya, mortalitas larva nyamuk mulai terjadi setelah waktu pengujian yang lama atau konsentrasi serbuk tinggi. Lethal concentration serbuk kayu jati Nilai LC50 dan LC90 larvasida serbuk jati terhadap larva nyamuk A. aegypti masing-masing 848,20 dan 1052,03 µg ml-1 setara 2-metilantrakuinon, atau setara 40140,25 dan 49786,31 µg ml-1 serbuk jati.

Gambar 3 Hubungan konsentrasi serbuk jati terhadap mortalitas larva nyamuk A. Aegypti. Ekstrak dan Serbuk Kayu Jati sebagai Larvasida Aedes aegypti Deded S Nawawi, Anne Carolina, Cahyo Werdiningsih

105

Gambar 4 Korelasi konsentrasi 2-metilantrakuinon dalam serbuk jati dengan mortalitas larva nyamuk A. aegypti. Berdasarkan hal itu, serbuk kayu jati kurang efektif digunakan langsung sebagai larvasida. Nilai LC50 larvasida berbentuk serbuk kayu jati masih jauh dari standar larvasida nabati menurut Geris et al. (2008), yaitu LC50 berkisar 0,1-49 ppm. Kesimpulan Zat ekstraktif kayu jati dengan senyawa utama 2-metilantrakuinon efektif sebagai larvasida nyamuk A. aegypti. Efektivitas larvasida berbentuk ekstrak lebih tinggi dibandingkan dengan serbuk kayu. Nilai LC50 dan LC90 ekstrak kayu jati terhadap larva A. aegypti setara konsentrasi 2metilantrakuinon 8,05 dan 11,86 µg ml-1 atau setara serbuk jati 848,20 µg ml-1 (LC50) dan 1052,03 µg ml-1 (LC90). Zat ekstraktif kayu jati dengan kandungan tektokuinon berpotensi sebagai larvasida pengendali nyamuk A. aegypti. Daftar Pustaka Chapagain BP, Saharan V, Wiesman Z. 2008. Larvacidal activity of saponins Balanites aegyptiaca callus againts Aedes aegypti mosquito. Biores. Technol. 99:1165-1168. 106

Cheng SS, Huang CG, Chen WJ, Kuo YH, Chang ST. 2008. Larvicidal activity of tectoquinone isolated from red heartwood-type Cryptomeria japonica against two mosquito species. Biores. Technol. 99:36173622. Cheng SS, Liu JY, Huang CG, Hsui YR, Chen WJ, Chang ST. 2009a. Insecticidal activities of leaf essential oils from Cinnamomum osmophloeum against three mosquitos species. Biores. Technol. 100:457-464. Cheng SS, Huan CG, Chen YJ, Yu JJ, Chen WJ, Chang ST. 2009b. Chemical composition and larvicidal activities of leaf essential oils from two eucalyptus species. Biores. Technol. 100:452-456. Garcez WS, Garcez FR, da Silva LMGE, Hamerski L. 2009. Larvicidal activity against Aedes aegypti of some plants native to the West-Central region of Brazil. Biores. Technol. 100:6647-6650. Georges K, Jayaprakasam B, Dalavoy SS, Nair MG. 2008. Pest-managing J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol. 12 No.2 Juli 2014

activities of plants extracs and anthraquinones from Cassia nigricans from Burkina Faso. Biores. Technol. 99:2037-2045. Geris R, Rodriguez E, Da Silva HHG, Da Silva IG. 2008. Larvacidal effects of Fungal Meroterpenoids in the Control of Aedes aegypti L. in the Main Vector of Dengue and Yellow Fever. Chem. Biodiv. 5:341-345. Haupt M, Leithoff, Meier D, Puls J, Richter HG, Faix O. 2003. Heartwood extractives and natural durability of plantation-grown teakwood (Tectona grandis l.) – a case study. Holz Roh Werkst. 61: 473-474. Kafuku K, Sebe K. 1932. On tectoquinone, the volatile principle of the teak wood. Bull. Chem. Soc. Japan 7:114-127. Kiran SR, Bhavani K, Devi PS, Rao BRR, Reddy KJ. 2005. Composition and larvicidal activity of leaves and stem essential oils of Chloroxylon swietenia against Aedes aegypti and Anopeles stephensi. Biores. Technol. 97:2481-2484. Lukmandaru G, Takahashi K. 2008. Variation in the natural termite resistance of teak (Tectona grandis Linn. Fil.) wood as a function of tree age. Ann. For. Sci. 65(7):708-716. Lukmandaru G, Takahashi K. 2009. Radial distribution of quinones in plantation teak (Tectona grandis L.f.). Ann. For. Sci. 66(6):605-614. Nathan SS. 2007. The use of Eucalyptus tereticornis Sm. (Myrtaceae) oil (leaf extract) as a natural larvacidal agent against the malaria vector Anopheles


stepensi Liston (Diptera: Culicidae). Biores. Technol. 98:1856-1860. Ohi H. 2001. Rapid analysis of 2-methylanthraquinone in tropical hardwoods and its effect on polysulfide-AQ pulping. 11th International Symposium of Wood and Pulping Chemistry. Nice-France, June 11-14, 2001. Silva WJ, Doria GAA, Maia RT, Nunes RS, Carvalho GA, Blank AF, Alves PB, Marcal RM, Cavalcanti SCH. 2008. Effects of essential oils on Aedes aegypti larvae: Alternatives to environmentally safe insecticides. Biores. Technol. 99:3251-3255. Thulasidas PK, Bhat KM. 2007. Chemical extractive compound determining the brown-rot decay resistance of teak wood. Holz Roh Werkst. 65:121-124. [WHO] World Health Organization. 2009. Dengue and dengue haemorrhagic fever. Fact sheet No117 March 2009. http://www.who.int/mediacentre/facts heets/fs117/en/. (6 Maret 2010). [WHO] World Health Organizarion. 1975. Temephos. Data sheets on Pesticides No.8 Rev 1. http://www.inchem.org/ documents/ pds/pds/pest8_e.html/. (31 Januari 2010). Yang YC, Lim MY, Lee HS. 2003. Emodin isolated from Cassia obtusifolia (Leguminose) seed shows larvicidal activity againts three mosquito species. J Agri. Food Chem. 51:7629-7631. Riwayat naskah (article history) Naskah masuk (received): 3 Desember 2013 Diterima (accepted) : 2 Februari 2014

107

Potensi Ekstrak Kulit Kayu dari Hutan Gunung Salak sebagai Agen Antidiabetes dan Antikanker (Potential Antidiabetic and Anticancer Agents from the Inner bark Extractives of Mount Salak Forest Woods) Rita K Sari1,2*, Wasrin Syafii1, Nur Azizah1, Juliasman1, Muhammad Fadli1, Minarti3 1

Departemen Hasil Hutan Fakultas Kehutanan, IPB, Kampus Dramaga, Bogor 16680 2 Pusat Studi Biofarmaka IPB, Jl. Taman Kencana No 03, Bogor 16151 3 Pusat Penelitian Kimia LIPI, Kawasan Puspitek Serpong 15314 *Penulis korespondensi: [email protected] Abstract

The aim of this research was to determine the extract contents, antidiabetic and anticancer activities of the acetone extracts of the inner barks of beunying (Ficus fistulosa)/BE, hamerang (F. foxicaria)/HE, kilemo (Litsea cubeba)/KLE, kiseueur (Antidesma tetandrum)/KSE, kopo (Eugenia cymosa)/KOE, and pasang butarua (Quercus induta)/PBE from Mount Salak Forest. The phytochemical profile of the best extract as antidiabetic and anticancer agents was also determined. The investigation of antidiabetic and anticacer activities of this extracts was carried out through invitro inhibitory α-glucosidase test and toxicity test to Artemia salina. The content of acetone extract of the KSE, KOE, and BE contents were in the range of 4.3-7.8% (high), however that of the KLE, HE, and PBE contents were in the range of 3.0-3.9% (moderate). The acetone extract of the KSE was very active as α-glucosidase inhibitor (IC50 5.9 mg ml-1), the KLE, PBE, and BE were rated active with IC50 value 11.2, 17.2, and 43.2 mg ml-1 respectively, while the HE and KOE were inactive (IC50 > 100 mg ml-1). The acetone extract of the KSE was very toxic to A.salina (LC50 19.7 mg ml-1), these of the HE, KOE, and BE were toxic with LC50 value 79.5, 94.5, and 115.9 µg ml-1 respectively, while these of the KLE and PSE were inactive (LC50 > 250 mg ml-1). The most potential antidiabetic and anticancer agents was the acetone extract of KSE. The acetone extract of the KSE was detected with strong intensity containing alkaloids, flavonoids, and tannins. Keyword: anticancer, antidiabetic, α-glucosidase, innerbark extractives, Mount Salak Forest

Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk menetapkan kadar ekstrak, aktivitas antidiabetes dan antikanker ekstrak aseton kulit kayu bagian dalam beunying/BE, hamerang/HE, kilemo/KLE, kiseueur/ KSE, kopo/KOE, dan pasang butarua/PBE yang diperoleh dari hutan Gunung Salak, serta fitokimia ekstrak teraktif sebagai agen antidiabetes dan antikanker. Investigasi aktivitas antidiabetes dan antikanker ekstrak menggunakan uji penghambatan α-glukosidase secara invitro dan toksisitas terhadap Artemia salina. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kadar KSE, KOE, dan BE tergolong tinggi (4,3-7,8%), tetapi kadar KLE, HE, dan PBE tergolong sedang (3,03,9%). KSE sangat aktif sebagai penghambat α-glukosidase (IC50 5,9 mg ml-1), KLE, PBE, dan BE tergolong aktif dengan nilai IC50 berturut-turut 11,2, 17,2, dan 43,2 mg ml-1, tetapi HE dan KOE tergolong tidak aktif (IC50 > 100 mg ml-1). KSE sangat toksik terhadap A.salina (LC50 19,7 mg ml-1), sedangkan HE, KOE, dan BE tergolong toksik dengan nilai LC50 berturut-turut 79,5, 94,5, dan 115,9 µg ml-1, tetapi KLE dan PSE tergolong tidak aktif (LC50 > 250 mg ml-1). Ekstrak paling potensial untuk dikembangkan sebagai agen antidiabetes dan antikanker adalah KSE. KSE terdeteksi kuat mengandung alkaloid, flavonoid, dan tanin. Kata kunci: antidiabetes, antikanker, enzim a-glukosidase, ekstrak kulit kayu, hutan gunung salak 108


Pendahuluan Peningkatan jumlah penderita Diabetes mellitus (DM) dan kanker serta penanggulangannya menjadi salah satu masalah kesehatan utama di Indonesia. Prevalensi DM tahun 2013 (2,1%) lebih tinggi dibanding tahun 2007 (1,1%) (Balitbangkes 2013). Sementara itu, jumlah penderita kanker di dunia diprediksi melonjak dari 7,6 juta (2005) menjadi 26,4 juta (2030) dan 85% di antaranya terjadi di negara berkembang seperti Indonesia (Ferlay et al. 2010). Penanggulangan DM dan kanker secara kimiawi berbahan sintetik berefek samping. Pemberian insulin sintetik dalam jangka waktu yang lama terbukti menyebabkan hipoglikemia, tetapi obat antidiabetes sintetik yang bersifat antihipoglikemia melalui penghambatan enzim α-glukosidase menyebabkan perut kembung, diare, mual, dan hepatotoksik (Sudha et al. 2011). Penanggulangan kanker dengan kemoterapi berbahan aktif sintetik membahayakan sel normal dan dapat menimbulkan leukemia (NCI 2012). Oleh karena itu, pengembangan obat antidiabetes dan antikanker yang bekerja efektif dengan efek samping yang rendah melalui penggunaan bahan alami perlu dikembangkan. Zat ekstraktif dalam kulit kayu berpotensi sebagai agen antidiabetes dan antikanker alami. Ekstrak kulit kayu raru (Shorea balanocarpoides), buni (Antidesma buneus), dan matoa (Pometia pinnata) terbukti bersifat antidiabetes (Pasaribu 2011, Elya et al. 2012, Mataputun et al. 2013). Ekstrak kulit kayu surian (Toona sinensis) dan jabon (Anthocephalus cadamba) mengandung senyawa aktif yang mampu menghambat proliferasi sel kanker (Chia et al. 2007, Sari et al. 2014).

Kawasan Hutan Gunung Salak (KHGS) merupakan sumber plasma nutfah tumbuhan obat. KHGS ditetapkan sebagai kawasan wanafarma di Jawa Barat karena terdapat 117 jenis tumbuhan obat. Di KHGS Kabupaten Bogor saja terdapat 89 jenis tumbuhan obat (Rahayu 2010). Namun, kajian potensi tumbuhan obatnya sebatas etnobotani dan fitokimia kualitatif. Kulit kayu beunying (Ficus fistulosa), hamerang (F. foxicaria), kilemo (Litsea cubeba), kiseueur (A. tetandrum), kopo (Eugenia cymosa), dan pasang butarua (Quercus induta) yang terdapat di KHGS terdeteksi kuat mengandung flavonoid dan alkaloid (Sugiana 2003). Beberapa senyawa dari golongan flavonoid dan alkaloid terbukti bersifat antidiabetes dan antikanker (Sugiwati et al. 2009, Thu et al. 2013, Sajuti et al. 2001). Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk menentukan kadar ekstrak terlarut aseton keenam jenis kulit kayu yang berasal dari pohon-pohon yang tumbuh di KHGS tersebut, menguji potensinya sebagai agen antidiabes dan antikanker, serta menganalisis fitokimia kualitatif ekstrak yang paling potensial sebagai antidiabetes dan antikanker. Bahan dan Metode Penyiapan bahan baku Bahan baku penelitian ini adalah kulit kayu beunying, hamerang, kilemo, kiseueur, kopo, dan pasang butarua. Bahan baku diperoleh dari KHGS Kabupaten Bogor. Untuk memastikan kebenaran jenis pohon yang digunakan, bagian daunnya diidentifikasi di Herbarium Bogoriense LIPI Cibinong. Kulit kayu bagian dalam (innerbark) dicacah dan dikeringudarakan. Serpih kulit kemudian digiling dan disaring untuk memperoleh serbuk berukuran 40-

Potensi Ekstrak Kulit Kayu dari Hutan Gunung Salak sebagai Agen Antidiabetes dan Antikanker Rita K Sari, Wasrin Syafii, Nur Azizah, Juliasman, Muhammad Fadli, Minarti

109

60 mesh. Serbuk kulit kemudian diukur kadar airnya. Ekstraksi Serbuk kulit kayu (± 300 g) direndam dalam 1000 ml aseton selama ± 24 jam pada suhu kamar. Ekstraksi dilakukan berulang kali hingga diperoleh filtrat tak berwarna. Semua filtrat dipekatkan hingga 100 ml dengan evaporator putar pada suhu sekitar 40-50 C dan 50 rpm. Sebanyak ±5 ml kstrak pekat tersebut dikeringkan dalam oven bersuhu ±103 C untuk menetapkan kadar ekstrak, sedangkan sisanya dikeringkan dalam oven bersuhu 40 C untuk uji aktivitas antidiabetes (penghambatan αglukosidase) dan antikanker (toksisitas terhadap Artemia salina). Ekstraksi setiap jenis kulit kayu adalah 3 ulangan. Uji penghambatan α-glukosidase Potensi ekstrak sebagai agen anti diabetes dapat diketahui melalui uji aktivitas penghambatan enzim αglukosidase secara in vitro. Uji tersebut mengacu pada Darmawan (2010). Penyiapan larutan uji dimulai dengan pembuatan larutan induk, yaitu dengan melarutkan ± 4 mg ekstrak ke dalam 400 µl dimetil sulfoksida (DMSO). Larutan induk dibuat dalam tiga ulangan. Konsentrasi larutan uji diperoleh dengan pengenceran larutan induk dengan DMSO (100, 50, 25, dan 12,5 µg ml-1). Larutan uji diaplikasikan dalam pengujian aktivitas penghambatan enzim α-glukosidasenya. Larutan ekstrak (±5 µl) dimasukkan ke dalam tabung lalu ditambahkan 250 µl p-nitrofenil-α-Dglukopiranosida (p-NPG) dan 495 µl buffer fosfat. Setelah homogen, larutan diinkubasi selama 5 menit pada suhu 37 ˚C, kemudian ditambahkan 250 µl larutan enzim α-glukosidase dan inkubasi dilanjutkan selama 15 menit. Reaksi dihentikan dengan penambahan 1000 µl

110

larutan Na2CO3 0,2 M. Jumlah pnitrofenol yang dilepaskan diukur dengan spektrofotometer pada panjang gelombang 400 nm. Larutan blanko dibuat dengan campuran DMSO, bufer fosfat, dan p-NPG tanpa penambahan ekstrak, baik dengan enzim maupun tanpa enzim. Kuersetin digunakan sebagai kontrol positif dengan konsentrasi 5, 10, 25, 50 µg ml-1. Persentase penghambatan diukur dengan: I = [(C – S)/C] x 100% Keterangan: I = persen penghambatan C= absorban blanko S= absorban ekstrak (selisih absorban ekstrak dengan enzim dan tanpa enzim α-glukosidase). Interpolasi antara persen penghambatan enzim α-glukosidase dan konsentrasi ekstrak menghasilkan persamaan regresi. Aktivitas antidiabetes diketahui dari nilai inhibitor concentration (IC50) yang diperoleh dari perhitungan mengunakan persamaan regresi tersebut. Nilai IC50 didefinisikan sebagai konsentrasi inhibitor untuk menghambat 50% aktivitas enzim α-glukosidase. Suatu senyawa tergolong tidak aktif sebagai antidiabetes jika nilai IC50>100 µg ml-1, tergolong aktif bila IC50 100-11 µg ml-1, dan sangat aktif bila IC50<10 µg ml-1 (Darmawan 2010). Uji toksisitas Pengujian toksisitas terhadap larva udang A. salina menggunakan metode brine shrimp lethality test (BSLT). BSLT merupakan penapisan tahap awal untuk mendeteksi potensi senyawa antikanker. Uji BSLT mengacu pada Sari et al. (2011). Ekstrak sebanyak 10 mg dilarutkan dalam 5 ml air laut untuk menghasilkan larutan ekstrak 2000 µg ml-1. Larutan yang diperoleh dijadikan sebagai larutan induk. Larutan induk


dibuat sebanyak 6 ulangan. Pembuatan larutan uji dilakukan dengan mencampur larutan induk dengan air laut yang berisi ± 20 larva udang A. salina hingga batas tera 2 ml. Banyaknya larutan induk yang dimasukkan ke dalam wadah uji tergantung konsentrasi yang diinginkan. Larutan induk sebanyak 1 ml dicampur dengan air laut yang mengandung larva hingga batas tera 2 ml menghasilkan konsentrasi larutan uji 1000 µg ml-1. Larva yang digunakan adalah hasil penetasan telur dalam air laut selama 48 jam. Setelah 1 hari pengujian, jumlah larva yang mati dan yang hidup dihitung. Data jumlah larva yang hidup dan mati dari pengujian BSLT diolah dengan menggunakan analisis probit untuk menentukan lethal concentration 50% (LC50) pada selang kepercayaan 95%. LC50 adalah konsentrasi ekstrak yang mampu mematikan 50% populasi larva udang yang diujikan. Nilai LC50< 30 µg ml-1 menunjukkan ekstrak sangat toksik, tetapi bila LC50 < 250 µg ml-1 maka ekstrak tergolong toksik, sedangkan ekstrak digolongkan tidak toksik bila nilai LC50 > 250 µg ml-1. Semakin rendah nilai LC50, akan semakin tinggi potensinya sebagai agen antikanker (Sari et al. 2011). Analisis fitokimia Analisis fitokimia secara kualitatif dilakukan terhadap ekstrak teraktif menghambat α-glukosidase dan tergolong toksik. Analisis fitokimia bertujuan untuk mendeteksi intensitas kandungan flavonoid, tanin, alkaloid (uji Meyer), saponin (uji froth), steroid, dan triterpenoid (uji Liebermann Bouchard) dalam ekstrak (Harborne 1996).

Hasil dan Pembahasan Identifikasi jenis pohon Berdasarkan identifikasi jenis terhadap herbarium daun, Herbarium Bogoriense LIPI Cibinong telah memastikan kebenaran jenis pohon yang digunakan dalam penelitian ini. Jenis pohon tersebut adalah beunying (Ficus fistulosa), hamerang (F. foxicaria), kilemo (Litsea cubeba), kiseueur (A. tetandrum), kopo (Eugenia cymosa), dan pasang butarua (Quercus induta). Kadar ekstrak Kadar ekstrak terlarut aseton keenam jenis kulit kayu beragam. Gambar 1 menunjukkan bahwa kadar ekstrak tertinggi dihasilkan dari ekstraksi kulit kayu kiseueur, sedangkan kadar ekstrak terendah adalah hasil ekstraksi kulit kayu pasang butarua. Jenis kulit kayu mempengaruhi kadar ekstrak. Hal ini disebabkan oleh perbedaan komposisi dan jenis ekstrak yang dikandungnya. Hal ini diperkuat oleh hasil penelitian Makino et al. (2009) yang membuktikan bahwa ekstraksi kulit kayu Acacia mangium, A. auriculiformis, Rhizophora apiculata, dan Larix leptolepis dengan menggunakan pelarut dan metode ekstraksi yang sama ternyata menghasilkan ekstrak dengan kandungan fenol yang berbeda, yaitu berturut-turut 14,2, 12,9, 8,0, dan 5,3%. Suatu bahan tergolong berkadar zat ekstraktif tinggi jika kadar ekstrak > 4%, sedang jika kadar ekstrak 2-4%, dan kelas rendah jika kadar zat ekstraktifnya < 2% (Syafii et al. 2014).


111

kadar eksrak (%)

10

Klasifikasi kadar ekstrak:

8 Tinggi

6 4 Sedang

2 Rendah

0 Beunying

Hamerang

Kilemo

Kiseueur

Jenis ekstrak kulit kayu

Kopo

Pasang butarua

Gambar 1 Kadar ekstrak aseton enam jenis kulit kayu asal KHGS. Berdasarkan penggolongan kadar ekstrak tersebut, maka kulit kayu kiseueur, kopo, dan beunying berkadar zat ekstraktif tinggi, sedangkan kulit kayu kilemo, hamerang, dan pasang butarua tergolong berkadar zat ekstraktif sedang (Gambar 1). Penghambatan α-glukosidase Semua ekstrak yang diujikan mampu menghambat kerja enzim α-glukosidase. Peningkatan konsentrasi ekstrak telah meningkatkan persentase penghambatan α-glukosidase. Namun, kurva yang menggambarkan hubungan antara konsentrasi ekstrak dengan persen penghambatan α-glukosidase dan persamaan regresi antar ekstrak berbeda (Gambar 2). Hal tersebut menyebabkan nilai IC50 ekstrak berbeda (Tabel 1). Aktivitas antidiabetes keenam jenis ekstrak kulit kayu beragam (Tabel 1). Hanya ekstrak kulit kayu kiseueur yang tergolong sangat aktif menghambat αglukosidase. Ekstrak kulit kayu lainnya seperti beunying, kilemo, dan pasang butarua tergolong aktif, sedangkan hamerang dan kopo tidak aktif menghambat α-glukosidase. Penelitian Rizna dan Kardono (2002) juga menunjukkan hal yang sama bahwa jenis pohon mempengaruhi aktivitas antidiabetes ekstrak kulitnya. Aktivitas peng-

112

hambatan α-glukosidase ketiga puluh jenis kulit kayu yang dikoleksi dari hutan Gunung Rinjani beragam. Perbedaan ini disebabkan oleh perbedaan jenis dan komposisi kandungan senyawa antidiabetes diantara jenis kulit kayu. Aktivitas penghambatan α-glukosidase ekstrak kulit kayu kiseueur dan buni relatif sama. Ekstrak kiseueur sangat aktif menghambat α-glukosidase dengan nilai IC50 5,7±1,4 µg ml-1 (Tabel 1). Ekstrak kulit kayu buni sangat aktif menghambat α-glukosidase (IC50 5,73 µg ml-1) karena terdeteksi mengandung terpenoid dan flavonoid (Elya et al. 2012). Ekstrak kulit kayu kiseueur diduga mengandung Flavonoid dan terpenoid. Flavonoid khususnya kuersetin dan hesperetin (flavonol) serta diterpenoid oksigenasi, sterol, dan triterpenoid mudah larut dalam aseton dan etil asetat (Chebil et al. 2007, Ferreira & Pinho 2012, Citoglu & Acikara 2012). Flavonoid dan triterpenoid bersifat menghambat αglukosidase (Kumar et al. 2011). Pada genus Ficus, perbedaan species mempengaruhi perbedaan aktivitas antidiabetes. Ekstrak kulit beunying tergolong aktif menghambat kerja ɑglukosidase, sedangkan hamerang tidak aktif (Tabel 1). Fenomena yang sama


dilaporkan Khan et al. (2011) bahwa ekstrak F. bengalensis, F. carica, F. racemosa, F. hispida, F. microcarpa, Ficus religiosa berpotensi sebagai agen antidiabetes, sedangkan F. microcarpa tidak bersifat antidiabetes. Kumarin, tritrpenoid, flavonoid, alkaloid, dan tanin terdapat dalam Ficus dengan komposisi yang beragam diantara jenis. Perbedaan tersebut mempengaruhi aktivitas antidiabetes.

Toksisitas Hasil pengujian menunjukkan bahwa toksisitas keenam eksrak kulit kayu beragam. Tabel 2 menunjukkan bahwa hanya ekstrak kulit kiseueur yang tergolong sangat toksik. Ekstrak dengan nilai LC50 < 30 µg ml-1 berdasarkan BSLT bersifat sangat toksik dan sangat potensial mengandung senyawa yang bersifat antiproliferasi terhadap sel kanker. Ekstrak kulit kayu beunying, hamerang, dan kopo tergolong toksik karena nilai LC50 < 250 µg ml-1 (Sari et al. 2011). Persamaan regresi

Penghambatan α-glukosidase (%)

120 100 80 60 40 20 0

0

20

40

60

80

Y beunying = 0,6757x + 20,846 R² = 0,9455 Y hamerang = 0,3989x + 2,243 R² = 0,9179 Y kilemo = 0,6384x + 42,861 R² = 0,8309 Y kiseueur = 0,6019x + 46,47 R² = 0,7891 Y kopo = 0,0697x - 0,4461 R² = 0,9946 Y pasang = 0,6231x + 39,291 R² = 0,9464 100 120

Konsentrasi ekstrak (µg ml-1) Gambar 2 Grafik hubungan konsentrasi ekstrak denga persen penghambatan enzim αglukosidase serta persamaan regresi ekstrak beunying ( ), hamerang ( ), kilemo ( ), kiseueur ( ), kopo ( ), dan pasang butarua ( ) ) asal KHGS. Tabel 1 Nilai IC50 dan aktivitas penghambatan enzim α-glukosidase beberapa jenis ekstrak kulit kayu asal KHGS No.

Jenis ekstrak

Nilai IC50*) (µg ml-1)

Penggolongan aktivitas penghambatan α-glukosidase**)

1

Beunying

43,2 ± 1,5

Aktif

2

Hamerang

131,1 ± 3,8

Tidak aktif

3

Kilemo

11,2 ± 0,3

Aktif

4

Kiseueur

5,9 ± 1,4

Sangat aktif

5

Kopo

724,8 ± 3,8

Tidak aktif

6

Pasang butarua

17,2 ± 1,2

Aktif

Keterangan: *) rerata dari 3 ulangan dengan kontrol positif kuersetin (nilai Nilai IC50 4,58 µg ml-1) **) Darmawan (2010).


113

Tabel 2 Mortalitas larva udang, nilai LC50, dan toksisitas ekstrak aseton kulit kayu asal KHGS Jenis ekstrak kulit kayu

Mortalitas (%)1) LC50 (µg ml-1)

Konsentrasi ekstrak (µg ml-1)

Toksisitas 2)

20

100

200

500

1000

25,0±3,5

35,0±5,5

65,0±10,5

86,7±10,3

100,0±0,0

115,9±14,3

Toksik

Hamerang 23,3±1,1 50,0±4,1

68,3±7,5

98,3±4,1

100,0±0,0

79,5±9,4

Toksik

Kilemo

3,0±0,8

7,0±1,3

20,7±0,5

45,8±3,4

77,7±2,3

534,9±56,1

Tidak toksik

Kiseueur

53,0±4,8

62,7±2,9

78±6,3

88,0±2,9

100,0±0,0

19,7±6,8

Sangat toksik

Kopo

43,7±2,8

52,7±3,6

60,0±7,2

78,3±5,8

100,0±0,0

94,5±16,5

Toksik

Pasang butarua

2,0±0,6

2,0±0,9

7,7±1,67

17,2±3,1

35,0±6,2

1566,3±39,7

Beunying

Tidak toksik

Keterangan: 1) rerata dari 6 ulangan 2) Sari et al. (2011).

Fitokimia ekstrak teraktif Ekstrak aseton kulit kayu kiseueur merupakan ekstrak teraktif menghambat α-glukosidase dan mematikan A. salina. Untuk itu, ekstrak tersebut potensial dikembangkan sebagai agen antidiabetes dan antikanker. Selain itu, kadar ekstraknya juga tergolong tinggi. Berdasarkan analisis fitokimia kualitatif, ekstrak kulit kayu kiseueur ini terdeteksi mengandung senyawa kimia dari golongan alkaloid, flavonoid, dan tanin dengan intensitas kuat dan kuinon, triterpenoid, serta saponin dengan intensitas deteksi yang tergolong sedang (Tabel 3). Senyawa kimia yang terdeteksi dengan intensitas kuat tersebut berperan terhadap aktivitasnya sebagai agen antidiabetes dan antikanker. Alkaloid dan flavonoid sangat berperan terhadap tingginya aktivitas penghambatan α-glukosidase ekstrak aseton kulit kayu kiseueur. Beberapa penelitian membuktikan bahwa alkaloid seperti vasicine dan vasicinol yang diisolasi dari ekstrak Adhatoda vasica (nilai IC 50 125 114

dan 250 μM), piperumbellactam A, piperumbellactam B, dan piper umbellactam C (nilai IC50 berturut-turut 98,1 ± 0,4, 43,8 ± 0,6, dan 29,6± 0,5 µg ml-1) yang diisolasi dari ekstrak cabang Piper umbellatum tergolong aktif menghambat α-glukosidase (Gao et al. 2008, Tabopda et al. 2008). Demikian pula halnya flavonoid seperti antosianin, isoflavon, dan flavonol mampu menghambat α-glukosidase dengan nilai IC50 < 15 μM (Kumar et al. 2011). Terpenoid yang terdeteksi dengan intensitas sedang juga turut berperan meningkatkan penghambatan αglukosidase ekstrak kulit kayu kiseueur. Senyawa terpenoid seperti 3b-Asetoksi16b-hidroksibetulinat yang diisolasi dari Fagara tessmannii berpotensi sebagai inhibitor α-glucosidase (IC 50 7,6 ± 0,6 μM) (Kumar et al. 2011). Tingginya toksisitas kulit kayu kiseueur disebabkan oleh terdeteksinya flavonoid, dan tanin dengan intensitas kuat, serta triterpenoid dengan intensitas sedang (Tabel 3). Penelusuran pustaka menun-


jukkan bahwa aglikon flavonoid dan glikosidanya, tanin, dan triterpenoid, sangat toksik berdasarkan uji BSLT dan mempunyai aktivitas antikanker dengan menghambat pertumbuhan sel kanker (Sajuthi 2001, Mitsui et al. 2005, Jamilah 2008). Hal ini dipertegas oleh hasil penelitian Wu et al. (2011) yang berhasil mengisolasi senyawa triterpenoid dari kulit mindi yang memiliki aktivitas antiproliferasi terhadap tiga sel kanker manusia (A549, H460, HGC27). Alkaloid yang terdeteksi kuat dalam ekstrak aseton kulit kayu kiseueur juga berperan terhadap toksisitasnya. A. cuspidatum sebagai jenis satu genus dengan kiseueur alkaloid (kuspidatin dan kuspidatinol) mampu menghambat proliferasi sel kanker leukemia L1210 dengan IC50 8.41 dan 6.36 µg ml-1 (Elya et al. 2014). Tabel 3 Fitokimia ekstrak aseton kulit kayu kiseueur Golongan senyawa

Intensitas deteksi*)

Alkaloid

+++

Flavonoid

+++

p-hidrokinon

++

Triterpenoid

++

Saponin

++

Tanin

+++

Steroid

*)

Keterangan: - = tidak terdeteksi, + =lemah,++ = sedang, +++ = kuat

Kesimpulan Kulit kayu dari KHGS yang berkadar zat ekstraktif larut aseton yang tinggi (> 4%) adalah kiseueur, kopo, dan beunying, sedangkan kilemo, hamerang, dan pasang butarua tergolong sedang (2-4%).

Ekstrak aseton kulit kayu yang tergolong sangat aktif menghambat kerja enzim αglukosidase adalah kiseueur (IC50 <10 µg ml-1), tergolong aktif adalah kilemo, pasang butarua dan beunying (IC50 11100 µg ml-1), sedangkan hamerang dan kopo tidak aktif karena nilai IC50> 100 µg ml-1. Ekstrak aseton kulit kayu yang tergolong sangat toksik mematikan A. salina adalah kiseueur (LC50 < 30 µg ml-1), tergolong toksik adalah hamerang, kopo, dan beunying (LC50 31-250 µg ml-1), sedangkan kilemo dan pasang butarua tidak aktif karena nilai LC50> 250 µg ml-1. Ekstrak aseton kulit kayu kiseueur merupakan ekstrak teraktif dengan kadar ekstrak tergolong tinggi sehingga paling potensial dikembangkan sebagai agen antidiabetes dan antikanker. Alkaloid, dan flavonoid yang terdeteksi kuat terkandung dalam ekstrak tersebut berperan terhadap tingginya toksisitas dan aktivitas penghambatan kerja enzim α-glukosidasenya. Ucapan Terima Kasih Penelitian ini dibiayai oleh the Tanabe Foundation. Terima kasih disampaikan kepada Bapak Supriatin dan Junawan dari Laboratorium Hasil Hutan Bukan Kayu Fak. Kehutanan IPB yang telah membantu dalam penyediaan sampel, ekstraksi, dan uji BSLT, Pusat Penelitian Kimia LIPI Puspitek Serpong tempat pengujian antidiabetes, dan Laboratorium Kimia Analitik FMIPA IPB dalam pelaksanaan analisis fitokimia. Daftar Pustaka [Balitbangkes] Badan Penelitian dan Pengembangan Kesehatan. 2013. Riset Kesehatan Dasar 2013. Jakarta: Kementerian Kesehatan RI.


115

Chebil L, Humeau C, Anthoni J, Dehez F, Engasser JM, Ghoul M. 2007. Solubility of flavonoids in organic solvents. J. Chem. Eng. 52(5):1552– 1556. doi: 10.1021/je7001094.

Gao H, Huang YN, Gao B, Li P, Inagaki C, Kawabata J. 2008. Inhibitory effect on á-glucosidase by Adhatoda vasica Nees. Food Chem. 108:96572.

Chia YC, Wang PH, Huang YJ, Hsu HK. 2007. Cytotoxic activity of Toona sinensis on human lung cancers. Nat. Sc. Co. Rep. 230.

Harborne. 1996. Metode Fitokimia: Penemuan Cara Modern Menganalisis Tumbuhan. Padmawinata K, penerjemah; Niksolihin S, editor. Bandung: Penerbit ITB. Terjemahan dari: Phytochemical Methods.

Citoglu GS, Acikara OB. 2012. Column Chromatography for Terpenoids and Flavonoids. In: Dhanarasu S, editor. Chromatography and Its Applications. Shanghai: Intech.Pp.13-50. Darmawan A. 2010. Isolasi, karakterisasi, dan elusidasi senyawa bioaktif antidiabetes dari daun cocor bebek (Kalanchoe pinnata (Lam.) Pers.). JIEB 23(9):17-20. Elya B, Malik, Septimahanani PI, Loranza B. 2012. Antidiabetic activity test by inhibition of αglucosidase and phytochemical screening from the most active fraction of buni (Antidesma bunius L.) stem barks and leaves. Int.J.Pharm.Tech,Res.4(4):1667-1671. Elya B, Forestrania RC, Ropi M, Kosela S, Awang K, Omar H, Hadi AA. 2014. The new alkaloids from Antidesma cuspidatum M.A. Rec. Nat. Prod. 8(4):342-347. Ferlay J, Shin HR, Bray F, Forman D, Mathers C, Parkin DM. 2010. Estimates of worldwide burden of cancer in 2008: GLOBOCAN 2008. Int. J Cancer. 127(12):2893-917. doi: 10.1002/ijc.25516. Ferreira O, Pinho SP. 2012. Solubility of flavonoids in pure solvents. Ind. Eng. Chem. Res. 51:6586−6590. doi:10.1021/ie300211e.

116

Khan KY, Khan MA, Ahmad M, Hussain I, Mazari P, Fazal H, AliB, Khan IZ. 2011. Hypoglycemic potential of genus Ficus L.: A review of ten years of plant based medicine used to cure diabetes (2000-2010). J App. Pharm.Sci. 01(06):223-227. Kumar S, Narwal S, Kumar V, Prakash O. 2011. α-glucosidase inhibitors from plants: A natural approach to treat diabetes. Pharmacognosy Rev. 5(9):19-29. doi: 10.4103/ 09737847.79096. Makino R, Ohara S, Hashida K. 2009. Efficient extraction of polyphenolics from the bark of tropical tree species. J. Trop. Forest Sci. 21(1):45-49. Mataputuna SP, Roronga JA, Pontoha J. 2013. Aktivitas inhibitor αglukosidase ekstrak kulit batang matoa (Pometia pinnata Spp.) sebagai agen antihiperglikemik. J. MIPA Unsrat Online 2(2):119-123. Oboh G, Ademiluyi AO, Akinyemi A, Henle T, Saliu J A, Schwarzenbolz U. 2012. Inhibitory effect of polyphenolrich extracts of jute leaf (Corchorusolitorius) on key enzyme linked to type 2 diabetes (α-amylase and α-glucosidase) and hypertension (angiotensin I converting) in vitro. J Funct, Foods 4:450-458.


Pasaribu G. 2011. Aktivitas inhibisi alfa glukosidase pada beberapa jenis kulit kayu raru. J. Penelit. Has. Hutan 29(1): 10-19. Rahayu M. 2010. Pemanfaatan dan Valuasi Ekonomi Keanekaragaman Jenis Tumbuhan Berguna di Kawasan penyangga Taman Nasional Gunung Gede Pangrango, Jawa Barat. Bogor: Pusat Penelitian Biologi- LIPI Risna TD, Kardono LBS. 2002. Screening on Alpha Glucosidase inhibitory activity of wood extractives of plant collected from Mount Rinjani Forest. Di dalam: Yusuf S, Gopar M, Doi S, editor. Proceedings of the Fourth International Wood Science Symposium; 2002 September 2-5; Serpong, Indonesia. Serpong: LIPIJSPS Core Univ. Program in the Field of Wood Science. Hlm 522 – 527. Sari RK, Syafii WS, Achmadi SS, Hanafi M. 2011. Aktivitas antioksidan dan toksisitas ekstrak etanol surian (Toona sinensis). JITHH 4(2):45-51. Sari RK, Armilasari D, Nawawi DS, Darmawan W, Mariya S. 2014. Aktivitas antiproliferasi ekstrak jabon putih (Anthocephalus cadamba Miq.) terhadap sel kanker payudara dan serviks. J Ilmu Teknol. Kayu Tropis 12(1):91-100.

Sarg TM, Abbas FA, El-Sayed ZI, Mustafa AM. 2011. Two new polyphenolic compounds from Ficus retusa L."variegata" and the biological activity of the different plant extracts. J. Pharmacog. Phytother. 3(7):89100. Sudha P, Zinjarde SS, Bhagava SY, Kumar AR. 2011. Potent amylase inhibitory activity of Indian ayurvedic medicinal plants. BMC Comp. Alt. Med. 11:2-5. Sugiwati S, Setiasih S, Afifah E. 2009. Antihyperglycemic activity of the mahkota dewa [Phaleria macrocarpa (scheff.) boerl.] leaf extracts as an alpha-glucosidase inhibitor. Makara kesehat. 13 (2): 74-78. Syafii W, Sari RK, Maemunah S. 2014. Uji bioaktivitas zat ekstraktif pohon mindi (Melia azedarach Linn) dengan Metode Brine Shrimp Lethality Test. J Ilmu Teknol. Kayu Tropis 12(1): 4855. Tabopda TK, Ngoupayo J, Liu J, Mitaine-Offer AC, Tanoli SA, Khan SN. 2008. Bioactive aristolactams from Piper umbellatum. Phytochem. 69:1726-1731. Riwayat naskah (article history) Naskah masuk (received): 5 Februari 2014 Diterima (accepted): 3 Mei 2014


117

Sifat Keawetan Alami dan Pengawetan Kayu Mangium, Manii dan Sengon secara Rendaman Dingin dan Rendaman Panas Dingin (Natural Durability and Preservative Treatability of Mangium, Manii and Sengon Woods by Cold Soaking and Hot-Cold Soaking Methods) Trisna Priadi*, Gendis A Pratiwi Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor, Kampus IPB Darmaga Bogor, 16680 *Penulis korespondensi: [email protected] Abstract The understanding of the natural durability and preservative treatability of woods from community forests/lands is paramount to prevent biodeterioration of the woods in its utilization. This research was aimed to determine the natural durability of community woods (mangium, manii, and sengon) against subterranean termites (Coptotermes curvignatus) and dry wood termites (Cryptotermes cynocephalus), and to determine their preservative treatability with Diffusol CB applied through cold soaking and hot-cold soaking preservation methods. The results showed that manii and mangium woods were more resistant from subterranean termites and dry wood termites compared to that of sengon wood. The penetration and retension of Diffusol CB by Hot-cold preservation were twofold of that by cold soaking preservation. Penetration and retension of preservative in sengon wood was the highest, more than threefold of those in mangium (the lowest preservative treatability). Keywords: dry wood termite, natural durability, preservative treatability, subterranean termite

Abstrak Sifat keawetan dan pengawetan kayu rakyat sangat penting diketahui untuk upaya perlindungan biodeteriorasi kayu kurang awet dari hutan/lahan masyarakat dalam penggunaan furniture dan bangunan, terutama dalam penggunaan di lingkungan tropis. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sifat keawetan beberapa jenis kayu rakyat (mangium, manii, dan sengon) dari rayap tanah (Coptotermes curvignatus) dan rayap kayu kering (Cryptotermes cynocephalus) serta sifat pengawetannya dengan Diffusol CB dengan metode rendaman dingin dan rendaman panasdingin. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa kayu manii dan mangium lebih tahan dari serangan rayap tanah dan rayap kayu kering dibandingkan dengan kayu sengon. Pengawetan Diffusol CB secara rendaman panas dingin menghasilkan penetrasi dan retensi sekitar dua kali lebih tinggi dibandingkan dengan teknik rendaman dingin. Penetrasi dan retensi pengawet pada kayu sengon paling tinggi, yaitu lebih dari tiga kali yang terjadi pada kayu mangium sebagai kayu yang paling rendah keterawetannya. Kata kunci: keawetan, keterawetan, rayap kayu kering, rayap tanah

Pendahuluan Potensi hutan rakyat dan hutan tanaman di Indonesia cukup besar dan diharapkan mampu memenuhi kekurangan bahan baku industri dan bangunan di Indonesia. Namun di sisi lain, peningkatan 118

penggunaan kayu rakyat sebagai bahan konstruksi juga menjadi tantangan terutama dalam hal peningkatan kualitasnya. Pada umumnya kayu yang berasal dari hutan rakyat berasal dari pohon berumur muda, berdiameter kecil (< 25 cm) dan bermutu rendah. J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol. 12 No.2 Juli 2014

Banyaknya bangunan yang menggunakan kayu tidak awet tanpa perlindungan memadai akan meningkatkan kerentanannya dari serangan organisme perusak kayu, terutama rayap. Sebagaimana yang dilaporkan Subekti (2010) bahwa rayap tanah Coptotermes spp merupakan hama bangunan yang paling merugikan di Indonesia yang distribusi serangannya dipengaruhi oleh iklim dan keberadaan air. Oleh karena itu aplikasi teknologi pengawetan kayu yang semakin baik sangat diperlukan untuk meningkatkan service life (umur pakai) bangunan. Dengan demikian secara tidak langsung pengawetan kayu dapat menghemat penggunaan kayu dari hutan. Teknik pengawetan kayu rendaman dingin dan rendaman panas dingin relatif mudah dilakukan masyarakat industri kecil dibandingkan dengan pengawetan dengan tekanan dan avakum. Penelitian pengawetan terhadap beberapa jenis kayu dari hutan tanaman telah dilakukan oleh banyak peneliti (Kusumaningsih 2007, Karlinasari et al. 2010, Febrianto et al. 2014) namun masih banyak jenis kayu dari hutan masyarakat yang perlu dikaji sifat keawetan dan keterawetannya, sehingga bisa dimanfaatkan dengan umur pakai yang cukup panjang yaitu sekitar 20 tahun atau lebih. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui keawetan alami beberapa jenis kayu rakyat (kayu mangium, manii dan kayu sengon) dari rayap kayu kering dan rayap tanah serta keterawetannya dengan pengawet Diffusol CB yang berbahan aktif tembaga, krom dan boron dengan metode pengawetan rendaman dingin dan rendaman panas-dingin. Bahan dan Metode Kayu mangium (Acacia mangium), manii (Maesopsis eminii Engll), dan sengon

(Paraserianthes falcataria) berasal dari Ciampea, Bogor, dibuat contoh uji yang digunakan dalam penelitian ini. Dalam pengujian keawetan alami setiap contoh uji kayu berukuran (20x50x5) mm3 diumpankan terhadap 50 ekor rayap kayu kering (Cryptotermes cynocephalus) selama 3 bulan dalam bejana kaca. Adapun setiap contoh uji kayu berukuran (20x20x5) mm3 digunakan untuk pengujian keawetan dari 200 ekor rayap tanah (Coptotermes curvignatus) yang terdiri dari 90% rayap pekerja dan 10% rayap prajurit selama 4 minggu dalam botol berisi pasir 30 g sebagaimana dalam prosedur standar (BSN 2006). Di akhir pengujian ditentukan nilai penurunan berat contoh uji kayu dan mortalitas (kematian) rayap yang dinyatakan dalam persen. Nilai penurunan berat kayu menjadi dasar klasifikasi keawetan kayu tersebut sesuai standar SNI yang digunakan. Dalam pengujian keterawetan kayu mangium, manii dan sengon dibuat contoh uji berukuran (50x50x400) mm3 dan dikering-udarakan. Pengawet kayu yang digunakan adalah Diffusol CB berbahan aktif tembaga, krom dan boron dengan konsentrasi larutan pengawet 5%. Proses pengawetan dilakukan secara rendaman dingin selama 24 jam, adapun proses rendaman panas dingin dilakukan selama 4 jam panas dan 20 jam rendaman dingin. Setelah proses pengawetan dilakukan uji retensi dan penetrasi bahan pengawet ke dalam kayu. Retensi dinyatakan dengan banyaknya bahan pengawet yang masuk per satuan volume kayu sehingga Adapun satuannya adalah kg cm-3. penetrasi bahan pengawet ke dalam kayu ditentukan dengan terlebih dahulu menyemprotkan bahan pereaksi tembaga dan boron.

Sifat Keawetan Alami dan Pengawetan Kayu Mangium, Manii dan Sengon secara Rendaman Dingin dan Rendaman Panas Dingin Trisna Priadi, Gendis A Pratiwi

119

Pereaksi tembaga terdiri dua larutan, yang pertama dibuat dari 1 bagian ammonia pekat dan 6 bagian air suling. Setelah penyemprotan larutan pertama dilanjutkan dengan penyemprotan larutan kedua yang dibuat dari 5 g asam rubianat, 900 ml alkohol dan 100 ml aseton. Pereaksi boron juga terdiri dari 2 larutan yang disemprotkan berurutan ke permukaan lintang kayu. Yang pertama adalah 2 g ekstrak kurkuma dalam 100 ml alkohol, sedangkan larutan kedua adalah 80 ml alkohol dan 20 ml HCl yang dijenuhkan dengan asam salisilat. Bagian kayu yang terpenetrasi tembaga berubah warna menjadi biru, sedangkan yang terpenetrasi boron menjadi merah jingga. Rata-rata kedalaman masuknya bahan pengawet dari permukaan luar kayu merupakan penetrasi bahan pengawet yang dinyatakan dalam satuan mm. Seluruh pengujian dilakukan dengan 5 ulangan contoh uji untuk setiap jenis kayu dan perlakuan pengawetan. Data yang diperoleh diolah dengan program MS Excel dan program SAS 6.12. Analisis data uji keawetan dan keterawetan kayu dengan pengawet Diffusol CB dilakukan dengan rancangan percobaan acak lengkap (RAL) dengan melakukan analisis ragam (ANOVA) dan uji lanjut beda rata-rata Duncan Multiple Range Test (DMRT). Hasil dan Pembahasan Hasil uji keawetan alami kayu menunjukkan bahwa kayu sengon paling tidak tahan dari rayap tanah, disusul kemudian yang lebih awet adalah kayu manii dan

120

mangium. Namun perbedaan keawetan kayu manii dan mangium tidak nyata. Hal ini jelas dapat dilihat pada Gambar 1 dan 2. Dalam hal ini terbukti bahwa nilai kehilangan berat contoh uji kayu sengon adalah yang tertinggi, yaitu lebih dari 1,7 kali nilai kehilangan berat kayu mangium maupun manii. Berdasasrkan standar SNI, keawetan kayu manii dan mangium ini tergolong buruk (kelas IV), bahkan kayu sengon sangat buruk (kelas V). Sedangkan nilai kematian rayap yang terjadi pada kayu sengon adalah yang terendah, disusul kemudian oleh nilai kematian rayap pada kayu manii dan yang tertinggi pada kayu mangium yaitu sekitar 1,3 kali nilai kematian rayap pada kayu sengon. Perbedaan keawetan kayu sengon dari rayap tanah dibandingkan dengan keawetan kayu manii dan mangium juga terbukti nyata secara statistik terutama berdasarkan kehilangan berat kayunya. Ketahanan ketiga jenis kayu dari rayap kayu kering juga mengindikasikan kecenderungan yang sama, yaitu kayu sengon adalah yang paling tidak awe t. Kehilangan berat contoh uji kayu sengon paling tinggi yaitu 2,7 kali kehilangan berat kayu manii yang kehilangan beratnya paling rendah (Gambar 3). Adapun kematian rayap kayu kering pada kayu sengon adalah yang paling rendah, yaitu 0,7 kali nilai kematian rayap pada kayu manii (Gambar 4). Secara statistik juga terbukti bahawa nilai kehilangan berat kayu sengon ini nyata lebih tinggi dibandingkan dengan nilai kehilangan berat kayu manii.


Gambar 1 Kehilangan berat kayu dalam uji keawaetan alami kayu dari rayap tanah.

Gambar 2 Kematian rayap tanah dalam uji keawetan alami kayu.

Gambar 3 Kehilangan berat kayu dalam uji keawetan alami kayu dari rayap kayu kering.


121

Gambar 4 Kematian rayap kayu kering dalam uji keawetan alami kayu. Relatif rendahnya nilai kematian rayap tanah maupun rayap kayu kering pada kayu sengon menunjukkan bahwa kayu sengon tidak memiliki ekstraktif yang bersifat racun bagi kedua jenis serangga tersebut. Bahkan rayap lebih banyak memakan kayu tersebut yang mengakibatkan kehilangan berat kayu sengon lebih banyak daripada jenis kayu lainnya. Berdasarkan hasil penelitian sebelumnya sengon memiliki kadar ekstraktif larut air panas 4,3% (Martawijaya et al. 2005), lebih rendah dibanding dalam kayu mangium dan manii yaitu 8,56% (Nawawi et al. 2013) dan 15,42% (Karlinasari et al. 2010). Hal ini memperkuat keyakinan bahwa kadar ekstraktif kayu berpengaruh terhadap keawetan kayu mangium yang lebih tinggi daripada kayu sengon. Ekstraktif kayu berperan penting dalam ketahanannya dari serangan rayap sebagaimana telah dibuktikan oleh Taylor et al. (2006) pada kayu Thuja plicata Donn ex Don dan Chamaecyparis nootkatensis (D.Don) yang tahan dari serangan formosanus dan jamur pelapuk Postia placenta. Lukmandaru dan Takahashi (2006) menyatakan bahwa Perbedaan keawetan kayu sejenis bisa 122

terjadi di antara umur yang berbeda juga disebabkan oleh faktor ekstraktif yang dikandungnya. Dalam kasus kayu manii yang kadar ekstraktif larut air panasnya hanya 4,11% (Wahyudi et al. 1990), lebih rendah daripada dalam kayu sengon, tapi keawetannya terhadap rayap tanah maupun rayap kayu kering lebih baik daripada kayu sengon. Hal ini menunjukkan bahwa bukan hanya aspek kuantitas dari ekstraktif yang berpengaruh terhadap keawetan, tapi juga adalah jenis dan sifat toksisitas ekstraktif yang dikandungnya berperanan penting dalam keawetan kayu, terutama yang terkandung dalam kayu teras Hwang et al. (2007). Bahan kimia ekstraktif dalam kayu sangat berperan dalam ketahanan alami kayu dari organisme perusak. Taylor et al. (2006) melaporkan bahwa ekstraktif larut metanol dari plicata dan nootkatensis berperan penting dalam ketahanan kayu dari rayap formosanus dan jamur placenta. Penelitian Syofuna et al. (2012) membuktikan bahwa ekstraktif kayu Milicia excels, Albizia coriaria dan Markhamia lutea berperanan penting dalam perlindungan J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol. 12 No.2 Juli 2014

kayu dari serangan rayap tanah (Macrotermes bellicosus). Selain itu Onuorah (2000) juga menyatakan bahwa ekstraktif dari kayu tropis Milicia excelsa (Welw.) C.C. Berg. dan Erythrophelum suaveolens (Guill. & Perr.) Brenan yang diimpregnasikan ke dalam kayu Ceiba pentandra Gaertn dapat mengendalikan serangan jamur Lenzites trabea (pelapuk coklat) or by Polyporous versicolor (pelapuk putih). Dengan demikian ada jenis-jenis kayu yang secara alami awet/ tahan dari serangan serangga perusak. Jenis dan kuantitas ekstraktif yang bersifat racun ini menjadi variabel yang menentukan keawetan kayu. Dibandingkan dengan kayu mangium, kayu manii tampak lebih tahan dari serangan rayap kayu kering, sedangkan terhadap rayap tanah kayu mangium cenderung lebih tahan daripada kayu manii. Sementara itu menurut Mandang dan Pandit (1997) kedua jenis kayu ini sama-sama tergolong kelas awet III, berbeda dengan sengon yang tergolong kelas awet IV. Hal ini menunjukkan bahwa rayap tanah dan rayap kayu

kering memiliki kemampuan adaptasi makanan yang berbeda pada kayu. Sehingga jenis-jenis kayu yang disukai oleh rayap tanah bisa kurang atau tidak disukai oleh rayap kayu kering. Di sini juga terbukti bahwa berat jenis kayu mangium (0,61) yang lebih tinggi daipada berat jenis kayu manii (0,43) tidak menjadi jaminan lebih tahan dari rayap kayu kering. Hal tersebut menguatkan laporan Antwi-Boasiako dan Pitman (2009) bahwa pengaruh kerapatan terhadap keawetan kayu tropis relatif kecil. Hasil pengujian pengawetan kayu manii, mangium dan sengon dengan bahan pengawet Diffusol CB menunjukkan bahwa jenis kayu dan metode pengawetan berpengaruh nyata terhadap penetrasi bahan pengawet. Pada Gambar 5 tampak juga bahwa penetrasi bahan aktif boron lebih tinggi yaitu lebih dari 1,5 kali penetrasi bahan aktif tembaga baik dengan metode pengawetan rendaman dingin ataupun rendaman panas-dingin.

Gambar 5 Penetrasi bahan aktif tembaga dan boron dalam kayu, (A1) kayu manii, (A2) kayu mangium, (A3) kayu sengon, (B1) pengawetan rendaman dingin, (B2) pengawetan rendaman panas-dingin. Sifat Keawetan Alami dan Pengawetan Kayu Mangium, Manii dan Sengon secara Rendaman Dingin dan Rendaman Panas Dingin Trisna Priadi, Gendis A Pratiwi

123

Bahan pengawet boron memang dikenal mudah masuk ke dalam kayu, tapi mudah tercuci kembali dengan air karena memiliki sifat fiksasi yang rendah. Sedangkan tembaga memiliki sifat fiksasi yang tinggi lebih tahan dari pencucian air. Proses pengawetan rendaman panasdingin menghasilkan penetrasi yang nyata lebih dalam yaitu pada umumnya lebih dari 1,5 kali penetrasi pengawetan rendaman dingin. Penetrasi bahan tembaga maupun boron paling tinggi pada kayu sengon karena volume rongga kayu sengon lebih banyak sehingga bahan pengawet cenderung lebih mudah masuk. Banyaknya rongga dalam kayu sengon diindikasikan oleh berat jenis (BJ) kayu yang paling rendah (0,33) dalam penelitian ini, sedangkan BJ kayu manii dan mangium berurutan adalah 0,43 dan 0,61 (Mandang & Pandit 1997). Berdasarkan BSN (1999), persyaratan penetrasi kayu yang akan digunakan untuk komponen di bawah atap dan di luar atap yaitu sebesar 5 mm. Oleh karena itu metode rendaman dingin

sebaiknya tidak dilakukan untuk kayu mangium dan manii karena penetrasi bahan pengawet tembaga maupun boron kurang dari 5 mm, sedangkan untuk kayu sengon masih bisa memenuhi syarat penetrasi walaupun dengan metode pengawetan rendaman dingin. Adapun metode rendaman panas-dingin bisa digunakan untuk ketiga jenis kayu tersebut karena menghasilkan penetrasi yang lebih dari 5 mm terutama komponen pengawet boron. Hasil pengujian menunjukkan bahwa metode pengawetan panas-dingin menghasilkan retensi bahan pengawet lebih tinggi daripada metode pengawetan rendaman dingin yaitu sekitar 1,7-2,1 kalinya. Pemanasan yang digunakan dalam pengawetan rendaman panasdingin berfungsi mengeluarkan udara dan uap air dari rongga sel kayu, sedangkan pendinginan menyebabkan seolah-olah terjadi vakum dalam rongga sel kayu yang dengan sendirinya menarik larutan bahan pengawet masuk lebih dalam.

Gambar 6 Retensi bahan pengawet dalam kayu manii (A1), kayu mangium (A2), dan kayu sengon (A3) setelah pengawetan rendaman dingin (B1) dan pengawetan rendaman panas-dingin (B2).

124


Retensi bahan pengawet pada kayu sengon juga yang paling tinggi, disusul kemudian oleh kayu manii dan mangium. Berat jenis (BJ) kayu mangium yang relatif tinggi dibanding kayu yang diuji lainnya mengindikasikan dinding sel kayu yang lebih tebal dan volume rongga dalam kayu yang relatif lebih kecil, sehingga lebih sedikit bahan pengawet yang dapat masuk kedalam kayu dibandingkan pada kayu manii dan sengon. Hal ini memperkuat temuan Usta (2003) bahwa retensi bahan pengawet CCA dipengaruhi oleh berat jenis dan kadar air ke dalam dalam kayu Caucasian fir.

Berdasarkan data yang diperoleh, nilai retensi yang dicapai dalam penelitian ini belum memenuhi standar SNI 03-5010.11999 karena syarat retensi yaitu sebesar 8 kg m-3 untuk penggunaan di bawah atap dan 11 kg m-3 untuk penggunaan di luar atap. Oleh karena itu, untuk penggunaan kayu di tempat dengan ancaman biodeteriorasi yang tinggi, sebaiknya menggunakan metode pengawetan dengan tekanan sehingga dapat menghasilkan retensi bahan pengawet yang cukup tinggi. Kesimpulan Kayu manii dan kayu mangium memiliki tingkat keawetan alami yang relatif sama, sedangkan kayu sengon lebih rawan dari rayap tanah dan rayap kayu kering. Dari aspek keterawetannya, kayu sengon adalah yang paling mudah diawetkan dengan nilai penetrasi dan retensi bahan pengawet yang lebih tinggi dari kayu manii dan mangium. Metode pengawetan panas-dingin menghasilkan penetrasi dan retensi lebih tinggi daripada metode pengawetan rendaman dingin. Walaupun penetrasi bahan pengawet dapat memenuhi standar SNI 03-5010.1-1999 melalui pengawetan rendaman dan rendaman panas dingin,

tapi nilai retensinya belum memenuhi persyaratan. Daftar Pustaka Antwi-Boasiako C, Pitman AJ. 2009. Influence of density on the durabilities of three Ghanaian timbers. J. Sci. Tech. 29(2):34-45. Febrianto F, Gumilang A, Carolina A, Yoresta FS. 2014. Distribusi bahan pengawet larut air pada kayu diawetkan secara sel penuh dan sel kosong. J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis 12(1):20-32. Hwang WJ, Kartal SN, Yoshimura T, Imamura Y. 2007. Synergetic effect of heartwood extractives and quaternary ammonium compounds on termite resistance of treated wood. Pest Manage. Sci. 63:90-95. Karlinasari L, Rahmawati M, Mardikanto TR. 2010. Pengaruh pengawetan kayu terhadap kecepatan gelombang ultrasonik dan sifat mekanis entur serta tekan sejajar serat kayu Acacia mangium Willd. J. Tek. Sipil 17 (3): 163-170. Karlinasari L, Nawawi DS, Widyani M. 2010. Kajian sifat anatomi dan kimia kayu kaitannya dengan sifat akustik kayu. Bionatura-Jurnal Ilmu-ilmu Hayati dan Fisik 12(3):110-116. Kusumaningsih KR. 2007. Efektivitas limbah kayu jati dan sonokeling sebagai bahan pengawet pencegah rayap. Bul. Ilmu Instiper 14(2):42-50. Lukmandaru G, Takahashi K. 2006. Variation in the natural termite resistance of teak (Tectona grandis


125

Linn. fil.) wood as a function of tree age. Annals. Forest. Sci. 65 (7):708713. Mandang YI, Pandit IKN. 1997. Seri Manual: Pedoman Identifikasi Jenis Kayu di Lapangan. Bogor: Yayasan Prosea. Martawijaya A, Kartasujana I, Mandang YI, Prawira SA, Kadir K. 2005. Atlas Kayu Indonesia Jilid I. Bogor: Badan Penelitian dan Pengembangan Kehutanan. Nawawi DS, Wicaksono SH, Rahayu IS. 2013. Kadar zat ekstraktif dan susut kayu nangka (Arthocarpus heterophyllus) dan mangium (Acacia mangium). J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis 11(1): 46-54. Onuorah EO. 2000. The wood preservative potentials of heartwood extracts of Milicia excelsa and Erythrophleum suaveolens. Bioresour. Technol. 75(2):171–173. Subekti N. 2010. Karakteristik populasi rayap tanah Coptotermes spp (Blattodea: Rhinotermitidae) dan dampak serangannya. Biosaintifika J Biol. Ed. 2(2): 110-114.

126

Syofuna A, Banana AY, Nakabonge G. 2012. Efficiency of natural wood extractives as wood preservatives against termite attack. Maderas Ciencia Technologia 14(2):155-163. Taylor AM, Gartner BL, Morrell JJ, Tsunoda K. 2006. Effects of extractive fractions of Thuja plicata and Chamaecyparis nootkatensis on wood degradation by termites or fungi. J Wood Sci. 52(2):147-153. Usta Ü. 2004. The effect of moisture content and wood density on the preservative uptake of caucasian fir (Abies nordmanniana (Link.) Spach.) treated with CCA. Turkish J. Agriculture For. 28:1-7. Wahyudi I, Santosa G, Pandit IKN. 1990. Sifat Dasar, Sifat Pengolahan Dan Sifat Penggunaan Kayu Afrika (Maesopsis eminii Engl). Bogor: Institut Pertanian Bogor. Riwayat naskah (article history) Naskah masuk (received): 14 Januari 2014 Diterima (accepted): 10 Maret 2014


Pengaruh Perlakuan Alkali terhadap Wettability pada Komposit Serat Sabut Kelapa–Polyester (Effects of Alkali Treatment on Wettability of Coconut Fiber – Polyester Composites) Imran S Musanif1*, Daud O Topayung1, Oktovian BA Sompie2 1

2

Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Manado Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Negeri Manado *Penulis korespondensi: [email protected] Abstract

The effect of alkali treatment on the wettability of coconut fiber-polyester composites was investigated. The fibers were treated with 3% solution of NaOH for 1, 2, and 3 hours. Wettability of the fibers was measured through the measurement of polyester resin contact angle dropped on either untreated fibers or alkali treated fibers. Upon drying, the droplet on the fiber matrix was observed by analyzed software supported microscope. Contact angle decreased by alkalization, therefore the quality of bond was expected to increase. Decreasing contact angle was assumed due to the increasing of fiber surface roughness and porosity, the loss of lignin, and the loss of other impurities. The increasing quality of bond between the fiber and the matrix was believed to increase the strength properties of coconut fiber composites-polyester fiber compared to that of untreated. Keywords: coconut fiber, contact angle, droplet, wettability

Abstrak Penelitian ini menyelidiki pengaruh perlakuan alkali terhadap kemampuan sifat keterbasahan mampu basah(wettability) pada komposit serat sabut kelapa (coconut fiber)-polyester.Untuk mengukur sudut kontak, resin polyester diteteskan pada serat tanpa perlakuan (green fiber) dan serat yang telah direndam dalam larutan NaOH 3% selama 1, 2, dan 3 jam. Setelah kering, droplet matrik pada serat diamati dengan mikroskop yang dilengkapi dengan piranti lunak untuk analisis. Secara substansi, sudut kontak akan lebih kecil nilainya setelah dilakukan alkalisasi sehingga kualitas ikatan akan meningkat, karena permukaan serat menjadi lebih kasar dan berpori serta hilangnya lapisan lignin dan impuritas lainnya. Dengan meningkatnya kualitas ikatan antara serat dan matrik diyakini kekuatan komposit serat sabut kelapa-polyester akan meningkat dibanding serat tanpa perlakuan alkali. Kata kunci: droplet, keterbasahan, serat sabut kelapa, sudut kontak

Pendahuluan Perkembangan material teknik dewasa ini mengarah pada penemuan dan eksploitasi bahan-bahan alam atau biomaterial berbasis selulosa yang memiliki aspek menguntungkan baik dari segi teknologi, ekonomi maupun lingkungan (Chen et al. 2005). Sebagai contoh, PT. Toyota di Jepang telah

memanfaatkan bahan komposit berpenguat serat kenaf sebagai komponen panel interior mobil jenis sedan. Selain itu, produsen mobil Daimler-Bens pun telah memanfaatkan serat abaca sebagai penguat bahan komposit untuk dashboard. Pergeseran trend teknologi ini dilandasi oleh sifat komposit berpenguat serat alam yang lebih ramah lingkungan. Komposit ini

Pengaruh Perlakuan Alkali terhadap Wettability pada Komposit Serat Sabut Kelapa–Polyester Imran S Musanif, Daud O Topayung, Oktovian BA Sompie

127

juga memiliki rasio kekuatan dengan densitas yang tinggi sehingga komponen yang dihasilkan lebih ringan. Para industriawan menggunakan komposit tersebut sebagai produk unggulan sesuai dengan keistimewaannya. Dibandingkan dengan serat sintetis, serat alam memiliki beberapa keunggulan yang antara lain sifat mampu diurai oleh bakteri pengurai (biodegradable), ringan (lightweight), dapat diperbaharui (renewable), sifat mekanikal yang tinggi dan tak terbatas ketersediaannya (Alves et al. 2013). Disamping itu serat alam tidak menyebabkan abrasive pada peralatan, memiliki emisi CO yang netral dan sebagai sumber yang penting untuk meningkatkan kesejahteraan masyarakat sekitar (Joshia et al. 2004). Dalam material komposit, ikatan antara serat dan matrik akan berpengaruh pada sifat mekanisnya, dimana karakteristiknya melibatkan kemampuan basah serat (Wettability) (de Velde et al. 1999). Parameter wettability antara lain ditentukan dengan sudut kontak yang terbentuk antara matrik dan permukaan serat serta ikatan antar muka (interfacial bonding). Sifat adhesi antara serat sebagai penguat dan matrik sangat berpengaruh terhadap sifat mekanis material komposit yang dihasilkan (Bisanda 2000). Seringkali interface didapatkan dengan memodifikasi sifat

kimia permukaan serat untuk mengoptimalkan sifat adhesi antara serat dan matrik (Bledzki et al. 1999, Mwaikambo et al. 2006). Hal ini juga dapat dikontrol dengan energi permukaan (Guillermo et al. 2003). Yang menjadi permasalahan apakah dengan perlakuan alkali pada serat akan meningkatkan ikatan antara serat dan matrik. Salah satu cara mengetahui ikatan serat dan matrik adalah menguji sifat wettability serat dengan cara menetesi cairan matrik ke serat untuk mendapatkan sudut kontak diantaranya. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui pengaruh perlakuan alkali (NaOH 3%) pada ikatan antara muka komposit serat sabut kelapa dengan matrik polyester. Cara pengukuran kuantitatif yang melibatkan sudut kontak (θ) antara permukaan serat-matrik, yakni memberikan cairan yang ditempatkan di atas permukaan padatseperti pada gambar 1. Semakin kecil sudut kontak wettability semakin baik, sehingga matrik sebagai media perekat serat harus memiliki kemampuan melapisi luasan permukaan serat secara optimal. Menurut (Mwaikambo1999), sudut kontak untuk menghasilkan kemampuan basah optimal adalah tidak lebih dari 30°. Secara kuantitatif, wettability ditunjukkan oleh sudut kontak (θ) antara serat padat dan matrik cair dalam bentuk droplet.

Gambar 1 Tingkat wettability menurut ukuran sudut kontak (Liu 2007).

128


Bahan dan Metode Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Uji Bahan dan Metrologi Politeknik Negeri Manado pada bulan Maret – Mei 2014. Sabut kelapa diperoleh dari petani kelapa di Kabupaten Minahasa Propinsi Sulawesi Utara yang terletak ± 970 meter di atas permukaan laut. Matrik Polyester dan hardener (Mekpo) dibeli di toko teknik yang dipasok dari PT. Justus Kimia Raya Surabaya. Alat yang digunakan untuk pembuatan spesimen uji (gelas ukur, pipet, profil U, akuades, pHmeter, double tip), alat pengujian wettability (mikroskop dengan software analisis serta perangkat computer). Metode penelitian Sabut kelapa diurai untuk mendapatkan serat secara manual.Serat dibagi menjadi dua bagian, yaitu serat tanpa perlakuan dan serat dengan perlakuan awal.Serat dengan perlakuan awal direndam dengan larutan NaOH 3% dengan variasi waktu 1, 2, dan 3 jam. Setelah direndam serat dicuci dengan aquades untuk menghilangkan efek kimia pada serat dan

dikeringkan tanpa pemanasan matahari. Setelah kering, serat diambil secara acak sebanyak 30 serat untuk masing-masing variasi waktu perendaman dan ditempatkan pada profil U yang sudah diberi double tip pada kedua sisinya kemudian diteteskan matrik poliester yang dicampur dengan Mekpo 1% (Gambar 2). Profil U

Serat

Matrik Arah pengamatan pada mikroskop

Gambar 2 Skema pembuatan benda uji sudut kontak. Pengamatan sudut kontak yang terbentuk diamati dengan mikroskop Zeizz dan software pendukungnya AxioCam LCc 1.Besarnya sudut kontak ditentukan menggunakan fungsi distribusi weibull F(θ) yang dirumuskan sebagai berikut:

Keterangan: θ = Sudut kontak, β = Parameter bentuk, θo = Parameter skala,  = Nilai rata-rata sudut kontak, SD= Standar deviasi, Γ = Fungsi gamma. Parameter skala ( ) ditentukan pada kondisi dimana ln ln[1/1-F(θ)] = 0, sedang parameter bentuk (β) atau modulus Weibull adalah slope yang ditentukan dari hubungan ln ln[1/1-F(θ)] dan ln θ.


129

Hasil dan Pembahasan Gambar 3 memperlihatkan hasil foto mikroskop dari droplet polyester pada serat sabut kelapa dengan pembesaran optik 200 x. Tabel 1 menunjukkan perubahan tingkat penyerapan serat terhadap matrik (poliester + mekpo 1%) sebelum dan sesudah perlakuan NaOH. Indikasi perubahan ini terlihat dari penyimpangan (standar deviasi) yang terjadi, dimana semakin lama waktu perendaman nilai penyimpangan akan menjadi lebih kecil. Semakin lama serat direndam dengan alkali, matrik yang diserap akan

(a)

(c)

semakin banyak sehingga akan memperkecil sudut antara peremukaan serat dan droplet cairan matrik. Hal ini disebabkan permukaan serat menjadi lebih bersih dan terlepasnya kotoran termasuk lignin yang menempel pada serat. Akibatnya matrik akan lebih mudah masuk ke pori-pori serat dibanding dengan serat yang tidak mengalami perlakuan alkali (Gambar 3). Gambar 3a memperlihatkan cairan matrik pada waktu masih cair sulit untuk masuk ke dalam pori-pori serat karena terhalang oleh kotoran dan impuritas lain.

(b)

(d)

Gambar 3 Droplet polyester + Mekpo 1% pada serat tunggal, (a) Tanpa perendaman NaOH, (b) Perendaman NaOH 3% (1 Jam), (c) Perendaman NaOH 3% (2 Jam), (d) Perendaman NaOH 3% (3 Jam) Tabel 1 Nilai parameter Weibull dan sudut kontak antara serat dan matrik (poliester) Waktu Parameter Weibull Nilai rata-rata sudut Standar deviasi (SD) perendaman β θo kontak () 0 Jam 9,09 40,50 4,7795 44,95±4,78 1 Jam 11,70 38,35 3,5774 41,34±3,58 2 Jam 14,70 36,66 2,7403 39,67±2,82 3 Jam 20,55 32,55 1,9096 34,20±1,76

130


b.

a.

c.

d.

Gambar 4 Distribusi Weibull dan sudut kontak pada perendaman NaOH 3%, (a) Tanpa perendaman NaOH, (b) Perendaman NaOH 3% (1 Jam), (c) Perendaman NaOH 3% (2 Jam), (d) Perendaman NaOH 3% (3 Jam) Hasil penelitian menunjukkan bahwa sudut kontak yang terjadi antara garis singgung droplet polyester dengan serat dipengaruhi oleh lamanya perendaman dan konsentrasi NaOH. Perubahan nilai sudut kontak akibat perlakuan NaOH juga diindikasikan pada Gambar 4. Lamanya waktu perendaman sangat mempengaruhi kemampuan serat menyerap matrik. Gambar 4(d) menunjukkan distribusi sudut kontak yang terjadi, dimana nilai sudut kontaknya memiliki penyimpangan yang lebih kecil dibanding dengan grafik lain. Perubahan nilai sudut kontak juga terlihat pada perubahan nilai parameter Weibull, semakin besar parameter bentuk

(β) maka parameter skala (θo) akan menjadi kecil yang diikuti dengan penurunan nilai standar deviasinya dan nilai rata-rata sudut kontaknya Tabel 1). Secara fisik, data tersebut menginformasikan bahwa sudut kontak akan akan menjadi lebih kecil dengan perendaman alkali 3% selama 3 jam. Perubahan nilai sudut kontak akibat perlakuan alkali disebabkan antara lain permukaan serat sabut kelapa memiliki lapisan lilin (wax) dan zat lain disamping kotoran lainnya. Kondisi ini menghalangi penetrasi matrik dalam serat sehingga penyerapan yang terjadi lebih kecil dan secara langsung mengurangi sifat adhesinya. Perlakuan alkali menyebab-


131

kan penetrasi matrik ketika masih basah lebih baik sehingga matrik akan lebih banyak diserap oleh serat. Hal ini terjadi karena permukaan serat menjadi lebih bersih dari kotoran dan lapisan lignin serta impuritas lain. Pengaruh lain akibat perlakuan alkali adalah permukaan serat menjadi lebih kasar dan berpori sehingga memudahkan matrik mudah diserap oleh serat (Gambar 5). Perubahan nilai sudut kontak akibat lamanya perlakuan alkali (NaOH 3%) juga diperlihatkan pada Gambar 6. Grafik tersebut menampilkan distribusi hasil pengukuran sudut kontak sebelum dan sesudah perendaman NaOH.

Sebelum perendaman grafik distribusi berada disebelah kanan dan setalah perendaman NaOH grafik distribusi bergerak ke arah kiri. Fenomena ini menunjukkan adanya perubahan sudut kontak menjadi lebih kecil terhadap waktu perendaman. Hal ini disebabkan permukaan serat setelah perendaman NaOH serat menjadi lebih bersih karena beberapa komponen seperti kotoran, lignin dan wax terlepas akibat terjadi reaksi antara serat dan larutan NaOH. Disamping itu permukaan serat menjadi lebih kasar dan berpori seperti ditunjukkan pada Gambar 5.

Gambar 5 Foto mikroskop serat tanpa perlakuan NaOH (a) dan serat dengan perlakuan (b).

Gambar 6 Distribusi Weibull serat tanpa dan perlakuan NaOH. 132


Kesimpulan Perlakuan alkali (NaOH) dapat meningkatkan sifat mampu basah (wettability) serat sabut kelapa dengan matrik poliester yang diindikasikan dengan penurunan nilai sudut kontaknya. Perlakuan alkali menyebabkan permukaan menjadi bersih dari kotoran dan impuritas lain namun permukaannya menjadi kasar. Oleh karena itu, perlakuan awal dengan alkali pada serat sabut kelapa diperlukan untuk meningkatkan ikatan antara serat dan matrik. Daftar Pustaka Alves F, Castro P, Martins G, Andrade S, Toledo F. 2103.The effect of fiber morphology on the tensile strength of natural fibers. J Mater. Res. Technol. 2(2):149–157. Bisanda ETN. 2000. The effect of alkali treatment on the adhesion characteristics of sisal fibers. App. Compos. Mater. 7:331–339. Bledzki AK, Gassan J, 1999. Composites reinforced with cellulose based fibres. http://www.science direct.com/science [27 Juni 2014]. Chen L, Chiparus I, Sun DV, Negulescu TA, Calamari. 2005. Natural fibers for automotive nonwoven composites, J Ind. Text. 35(47): 80-86. De

Valde KV, Kiekens P. 1999. Wettability of natural fibre used as reinforcement for composite, 2nd

International Wood and Natural Fiber Composites Symposium. hlm 7-1:7-12 Guillermo C, Aitor A, Rodrigo LP, Inaki M. 2003. Effects of fibre treatment on wettability and mechanical behavior of flax/polypropylene composites. Compos. Sci. Technol. 63:1247–1254. Joshia SV, Drzalb LT, Mohantyb AK, Arorac S. 2004. Are natural fiber composites environmentally superior to glass fiber reinforced composites. Appl. Sci. Manuf. 35:371–376. Liu XY, Dai GC. 2007, Surface modification and micromechanical properties of jute fiber mat reinforced polypropylene composites. Express Polym. Lett. 1(5):299-307. Munawar SS, Umemura K, Kawai S, 2007. Characterized the morphological, physical, and mechanical properties of the non-wood plant fiber bundles. http://www.springerlink.com/content/, [8April 20014]. Mwaikambo LY, Ansell MP. 1999. The effect of chemical treatment on the properties of hemp, sisal, jute and kapok fibres for composite reinforcement, 2nd International Wood and Natural Fibre Composites Symposium. hlm 12.1–12.16. Riwayat naskah (article history) Naskah masuk (received): 8 Januari 2014 Diterima (accepted): 15 April 2014


133

Kekuatan Tekan Tegak Lurus Serat Cross Laminated Timber (CLT) Tiga Jenis Kayu Rakyat (Compression Strength Perpendicular to the Grain of Cross Laminated Timber (CLT) of the Three Community Wood Species) Muthmainnah1*, Sucahyo Sadiyo2, Lina Karlinasari2 1

2

Fakultas Kehutanan, Universitas Tadulako Kampus Bumi Tadulako Palu, 94118 Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor, Kampus IPB Darmaga Bogor, 16680 *Penulis korespondensi: [email protected] Abstract

Cross Laminated Timber (CLT) is an engineered wood products composed of multilayered panel of lumber where each layer of boards is placed cross-wise to adjacent layers. The purpose of the present research was to evaluate the compression strength perpendicular to grain of CLT composed of 5 layers tested with line loads in square surface. The position of line loads was in the centre and edge of sample orientated both in parallel and perpendicular to the grain direction at the CLT-surface. The CLT specimens were (15x20x20) cm3 (thickness, width and length) in size and were prepared from three community timber, i.e. sengon (Paraserianthes falcataria), mindi (Melia azedarach L.), and nangka (Artocarpus heterophyllus Lamk.). The result showed that the edge loading position resulted in lower compression strength than that of the central loading position. The highest comprresion strength was retained by CLT tested in the center loading position oriented to perpendicular to the grain direction. The highest compression strength perpendicular to grain was retained by CLT of nangka wood (20.28 kg cm-2) followed successively by those of CLT of mindi (25.97 kg cm-2) and CLT of sengon(8.50 kg cm-2). Keywords: CLT, compressive strength perpendicular to grain, line load, mindi, nangka, sengon

Abstrak Cross Laminated Timber (CLT) merupakan suatu produk rekayasa kayu yang disusun dari lamina-lamina berupa papan tipis secara bersilangan untuk arah tiap lapisannya. Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi kekuatan tekan panel CLT 5 lapis dari tiga jenis kayu rakyat (sengon, mindi, nangka) yang diuji dengan pembebanan garis pada posisi tengah dan pinggir di permukaan CLT. Macam posisi pembebanan garis yang dimaksud adalah(1) posisi A 1, plat beban diletakkan di tengah CLT dengan permukaan plat sejajar serat kayu pada permukan CLT, (2) posisi B1, plat beban diletakkan di tengah CLT dengan permukaan plat tegak lurus serat kayu pada permukaan CLT, (3) posisi A2, plat beban diletakkan di pinggir CLT dengan permukaan plat sejajar serat kayu pada permukaan CLT, dan (4) posisi B2, plat beban diletakkan di pinggir CLT dengan plat beban tegak lurus serat kayu pada permukaan CLT. Contoh uji panel CLT berukuran (15x20x20) cm3 (tebal, lebar, dan panjang). Hasil penelitian menunjukkan berdasarkan posisi pembebanan maka posisi plat beban di pinggir menghasilkan kekuatan tekan yang lebih rendah dibandingkan posisi plat di tengah. Kekuatan tekan CLT posisi plat beban B 1 adalah yang tertinggi dibandingkan pengujian lainnya untuk semua jenis kayu. Panel CLT nangka menghasilkan kekuatan tekan tegak lurus seratyang tertinggi (25,97 kg cm-2), diikuti kayu mindi (15,75 kg cm-2), dan yang terendah adalah panel CLT kayu sengon (8,50 kg cm-2). Kata kunci: CLT, kekuatan tekan tegak lurus serat, pembebanan garis, mindi, nangka, sengon

134


Pendahuluan Kebutuhan bahan baku kayu bulat terus mengalami peningkatan dari tahun ke tahun. Pada tahun 2013, kebutuhan bahan baku kayu bulat nasional diproyeksikan mencapai 54,5 juta. Industri wood working kebutuhan bahan bakunya diproyeksi mencapai 15,4 juta m³ pada tahun 2014 (Dirjen Industri Agro 2013). Untuk memenuhi pasokan kayu bulat tersebut, pembangunan Hutan Tanaman Industri (HTI) dan Hutan Rakyat (HR) diharapkan menjadi pemasok utama industri perkayuan di masa mendatang. Kayu dari hutan tanaman dan hutan rakyat saat ini memiliki keterbatasan, diantaranya ukuran diameter yang kecil karena rotasi penebangannya yang lebih singkat dan bermutu kurang baik (mata kayu, lebih ringan, strukturnya lebih kasar, juvenile wood), sehingga kayu sebagai bahan alamiah berupa balok atau log belum merupakan produk yang efisien sebagai komponen struktural. Cross Laminated Timber (CLT) merupakan produk kayu yang inovatif yang diperkenalkan awal tahun 1990-an di Austria dan Jerman dan mengalami perkembangan yang signifikan pada tahun 2000-an (Mohammad et al. 2012). CLT merupakan produk rekayasa kayu yang disusun dari lamina-lamina berupa papan dan direkatkan secara bersilangan (Sturzenbecher et al. 2010). Produk CLT dirancang untuk kapasitas struktural yang kuat dengan pembebanan pada arah longitudinal dan transversal dan produk ini dapat meminimalkan perubahan dimensi akibat kelembaban dan perubahan suhu. CLT digunakan sebagai komponen dinding dan lantai dan biasanya pada pembuatan bagunan bertingkat (multi-story builing). Pembuatan CLT dapat mengatasi keterbatasan dimensi yang dimiliki kayu hutan rakyat

seperti jenis kayu sengon (Paraserianthes falcataria), kayu nangka (Artocarpus heterophyllus Lamk) dan kayu Mindi (Melia azedarach L). Produk CLT pada umumnya berbeda dengan kayu. CLT tersusun atas papanpapan yang memiliki lapisan sejajar dan tegak lurus membentuk sudut 90 yang akan mempengaruhi kekuatan tekan yang dihasilkan. Penelitian mengenai kekuatan tekan tegak lurus CLT antara lain dilakukan Hasuni et al. (2009) dan Serrano dan Enquist (2010) pada kayu dengan kerapatan 400-439 kg m-3. Kekuatan tekan yang dihasilkan berkisar 2,9-5,8 MPa. Penelitian ini bertujuan mengevaluasi besarnya kekuatan tekan tegak lurus serat dari panel CLT lima lapis dari tiga jenis kayu rakyat yang diuji dengan pembebanan garis pada posisi tengah dan pinggir. Bahan dan Metode Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah kayu sengon (Paraserianthes falcataria), kayu nangka (Artocarpus heterophyllus Lamk) dan kayu mindi (Melia azedarach L.) yang diperoleh dari daerah Jasinga, Bogor dengan perkiraan umur ± 7 tahun dan berdiameter 25-35 cm. Perekat yang dipakai adalah perekat isosianat merek Koyo Bond KR-560 (Aqueous PolymerIsocyanate Adhesive) degan penambahan hardener Koyo Bond crosslinker AP. Persiapan bahan Balok dari sengon, nangka dan mindi digergaji menggunakan circular saw yang menghasilkan papan dengan ketebalan ± 3,2 cm, panjang ± 205 cm, dan lebar ± 18 cm. Papan-papan tersebut kemudian dikeringkan sampai mencapai kadar air kering udara 12-15%, dan selanjutnya diserut serta diamplas sampai mencapai ketebalan 3 cm.

Kekuatan Tekan Tegak Lurus Serat Cross Laminated Timber (CLT) dari Tiga Jenis Kayu Rakyat Muthmainnah, Sucahyo Sadiyo, Lina Karlinasari

135

Pembuatan CLT diawali dengan dengan penyusunan dan perekatan papan-papan atau lamina dalam 5 lapisan yang saling bersilangan atau tegak lurus satu dengan yang lainnya. Lapisan sejajar berukuran tebal 3 cm, lebar 14 cm dan panjang 168 cm ditempatkan pada bagian permukaan atas, tengah dan bawah. Sedangkan lapisan bersilang dengan ukuran tebal 3 cm, lebar 14 cm dan panjang 84 cm terletak diantara ketiga lapisan tersebut. Lapisan sejajar dan lapisan bersilang kemudian direkatkan per lapisan dengan menggunakan perekat isosianat dengan berat labur 280 g m-2 pada dua permukaan (double spread). Laminalamina tersebut kemudian dirakit menjadi panel CLT dengan ukuran akhir (15x84x168) cm3 untuk tebal, lebar dan panjang. Selanjutnya panel CLT dikempa menggunakan mesin kempa dingin dengan tekanan pengempaan 15 MPa selama 12 jam. Setelah itu CLT dikeluarkan dari mesin kempa dan dikondisi keringudarakan selama 1 minggu sebelum dilakukan pengujian. Pengujian sifat fisis dan kekuatan tekan CLT Sifat fisis yang diuji adalah kerapatan dan kadar air dengan ukuran contoh uji (15x5x5) cm3 (tebal, lebar dan panjang). Pengujian kekuatan tekan tegak lurus CLT menggunakan sampel berukuran (15x20x20) cm3 (tebal, lebar dan panjang) yang mengacu pada Serrano dan Enquist (2010). Sampel diambil dari hamparan CLT yang dibuat sebanyak 12

136

buah secara acak. Proses pengujian dilakukan dengan memberi beban berupa beban segaris atau line load menggunakan plat berukuran tebal 2 cm lebar 5 cm dan panjang 20 cm. Pembebanan dilakukan dengan 4 macam posisi peletakan beban (Gambar 1), yaitu (1) posisi A1, plat beban diletakkan di tengah CLT dengan permukaan plat sejajar serat kayu pada permukan CLT, (2) posisi B1, plat beban diletakkan di tengah CLT dengan permukaan plat tegak lurus serat kayu pada permukaan CLT, (3) posisi A2, plat beban diletakkan di pinggir CLT dengan permukaan plat sejajar serat kayu pada permukaan CLT, dan (4) posisi B2, plat beban diletakkan di pinggir CLT dengan permukaan plat beban tegak lurus serat kayu pada permukaan CLT. Pada masing-masing posisi pengujian dilakukan ulangan sebanyak 3 kali untuk 3 jenis kayu yang diuji. Total sampel pengujian tekan CLT adalah 36 sampel. Data hasil pengujian tekan CLT berupa beban, deformasi dan kekuatan tekan dari empat macam posisi pembebanan dianalisis secara statistik desktiptif dan menggunakan rancangan percobaan acak kelompok (Rancangan Acak Kelompok, RAK) subsampling dari tiga ulangan. Uji lanjut Duncan dilakukan apabila terdapat pengaruh jenis kayu dan posisi pembebanan secara nyata pada tingkat kepercayaan 95% terhadap parameter yang diuji.


a

b

c

d

Gambar 1 Posisi pembebanan tekan panel CLT ( : arah serat kayu permukaan CLT; a. Posisi pembebanan A1, b. Posisi pembebanan B1, c. Posisi pembebanan A2; d. Posisi pembebanan B2) Hasil dan Pembahasan Sifat fisis Hasil penelitian menunjukkan nilai rataan kadar air panel CLT untuk ketiga jenis kayu berkisar antara 13,00% sampai 14,60%. JAS 234:2003 untuk panel laminasi kayu mempersyaratkan kadar air maksimal 15%. Berdasarkan standar tersebut, maka kadar air panel CLT yang dibuat telah memenuhi standar. Kadar air dalam panel CLT berpengaruh terhadap kekuatan lentur dan kekakuan geser (Gulzow et al. 2011). Sifat kekakuan CLT menurun

secara signifikan dengan meningkatnya kadar air kayu pada kisaran higroskopis. Produk balok laminasi dengan kadar air 12% memiliki kekuatan kayu 50% lebih tinggi dibandingkan dengan balok laminasi berkadar air 20% (Frese et al. 2012). Kadar air sangat berpengaruh terhadap proses perekatan produk komposit kayu. Air yang banyak terdapat pada kayu akan menghambat ikatan dari cairan perekat. Kondisi ideal pada proses perekatan komposit kayu adalah kayu dengan kadar air 6-14% (Ruhendi et al. 2007).


137

Rataan kerapatan panel CLT dari ketiga panel CLT sengon, mindi dan nangka masing-masing 0,32 g cm-3, 0,47 g cm-3 dan 0,64 g cm-3 (Gambar 2). Dengan asumsi bahwa panel CLT inidianggap sama dengan kayu solid, maka menurut Peraturan Konstruksi Kayu Indonesia (PKKI) 1961, ketiga panel CLT memiliki kerapatan yang berbeda nyata satu dengan lainnya. Berdasarkan kerapatan panel tersebut, panel CLT sengon, mindi dan nangka masing-masing tergolong dalam kelas kuat IV, III dan II. Kerapatan panel CLT bervariasi disebabkan adanya perbedaan lapisan lamina-lamina penyusun panel CLT. Panel CLT nangka memiliki nilai kerapatan yang lebih tinggi dibandingkan dengan panel CLT sengon dan mindi, hal ini dikarenakan kayu nangka memiliki dinding sel yang tebal dan lumen kecil. Kecenderungan sel yang memiliki dinding tebal dan lumen kecil memiliki kerapatan tinggi, sebaliknya sel yang memiliki dinding tipis dan lumen besar memiliki kerapatan yang rendah (Ruhendi et al. 2007). Lepage (2012)

menyatakan bahwa semakin tinggi berat jenis kayu penyusun CLT maka semakin tinggi pula kerapatan panel CLT yang dihasilkan. Beban batas proporsional panel CLT Pengujian beban dan kekuatan tekan tegak lurus dalam penelitian ini diambil hanya dari nilai tegangan serat pada batas proporsional. Menurut (Mardikanto et al. 2010), efek pertama yang terjadi akibat tekanan tegak lurus serat kayu adalah pemadatan sel karena dinding bagian atas dan bawah sel menyatu. Dengan kejadin tersebut, maka kekuatan kayu seolah-olah menjadi meningkat lagi, sebenarnya sudah terjadi kerusakan. Lebih lanjut Serrano dan Enquist (2010) menyatakan kegagalan yang diperoleh dari tekan tegak lurus serat akan menyebabkan deformasi yang berlebihan. Dengan demikian pendekatan yang digunakan mengacu pada standar Eropa, bahwa perhitungan kekuatan dengan memperkirakan tegangan pada 1%, dimana regangan tekan tidak akan kembali lagi.

Gambar 2 Histogram kerapatan panel CLT sengon, mindi dan nangka. (Keterangan: notasi dengan huruf kecil yang sama menunjukkan tidak ada perbedaan nilai yang signifikan pada taraf nyata 5%).

138


b a

Gambar 3 Histogram beban batas proporsional berdasarkan posisi pembebanan panel CLT. (Keterangan: A1= plat beban diletakkan di tengah CLT dengan permukaan plat sejajar serat kayu pada permukan CLT, B1 = plat beban diletakkan di tengah CLT dengan permukaan plat tegak lurus serat kayu pada permukaan CLT, A2 = plat beban diletakkan di pinggir CLT dengan permukaan plat sejajar serat kayu pada permukaan CLT, dan B2 = plat beban diletakkan di pinggir CLT dengan permukaan plat tegak lurus serat kayu pada permukaan CLT, notasi dengan huruf kecil yang sama menunjukkan tidak ada perbedaan nilai yang signifikan pada taraf nyata 5%).

Tanpa memperhatikan pengaruh jenis kayu sebagai kelompok/blok, rataan beban batas proporsional yang dihasilkan panel CLT pada empat posisi pembebanan berkisar antara 4206 kg sampai 6275 kg dengan rataan umumsebesar 5011 kg (Gambar 3). Analisis sidik ragam memperlihatkan bahwa posisi plat pada pembebanan garis berpengaruh nyata terhadap besarnya beban batas proporsional panel CLT pada taraf nyata 5%. Hasil uji lanjut duncan memperlihatkan beban batas proporsional pada posisi pembebanan A1 tidak berbeda nyata dengan beban proporsional pada tipe B1, namun berbeda nyata dengan tipe A2 dan B2. Posisi plat beban A2 tidak berbeda nyata dengan tipe B2 namun berbeda nyata dengan tipe A1 dan B1. Posisi pembebanan A1 dengan plat baja ditengah menghasilkan beban yang lebih tinggi daripada pengujian tipe A2 dengan plat baja yang ditempatkan dipinggir.

Rataan beban pada batas proporsional tertinggi pada posisi pembebanan B1 (6275 kg) dan terendah pada tipe A2 (4168 kg). Posisi B1 dengan pembebanan ditempatkan ditengah dengan arah memanjang tegak lurus serat kayu pada permukaan panel CLT menghasilkan beban yang lebih tinggi dibanding dengan tipe pengujian lainnya. Hal ini diduga, karena beban yang dibutuhkan untuk memutuskan rantai selulosa pada mikrofibril lebih besar dibanding untuk memisahkan rantai pada molekulmolekul selulosa. Hal ini sejalan dengan yang disampaikan Mardikanto et al. (2010) yang menyatakan bahwa kekuatan geser tegak lurus serat lebih besar dibandingkan dengan kekuatan geser sejajar serat. Lebih lanjut Gupta dan Siller (2005) menyatakan bahwa kekuatan geser tegaklurus LVL pada bidang tegak lurus lebih besar (7,66 kg cm-2) dibanding bidang sejajar (5,83 kg cm-2). Sementara itu berdasarkan jenis


139

kayu, hasil penelitian menunjukkan rataan beban yang dihasilkan panel CLT sengon, mindi dan nangka masingmasing 2938 kg, 4533 kg dan 7563 kg (Gambar 4). Analisis sidik ragam menunjukkan bahwa kelompok jenis kayu berpengaruh nyata terhadap beban batas proporsional pada taraf 95%. Hasil uji lanjut duncan juga menunjukkan bahwa beban batas proporsional panel CLT sengon berbeda nyata dengan jenis kayu mindi dan nangka. Panel CLT kayu nangka menghasilkan beban yang lebih tinggi dibanding dengan panel kayu mindi dan sengon. Hal ini diduga karena adanya

perbedaan berat jenis kayu penyusun panel CLT. Semakin tinggi berat jenis dan kerapatan kayu, semakin kuat kayu tersebut dalam hal menerima beban (Mardikanto et al. 2010). Kekuatan tekan serat batas proporsional panel CLT Kekuatan tekan adalah kekuatan batas yang dapat dicapai kayu ketika komponen kayu tersebut mengalami kegagalan akibat tekan. Rataan kekuatan tekan tegak lurus serat dari tiga jenis kayu dan empat tipe pengujian disajikan pada Tabel 1. Rataan kekuatan tekan serat batas proporsional dari empat tipe pembebanan disajikan pada Gambar 5.

b a

Gambar 4 Histogram beban batas proporsional panel CLT sengon, mindi dan nangka. (Keterangan: notasi dengan huruf kecil yang sama menunjukkan tidak ada perbedaan nilai yang signifikan pada taraf nyata 5%).

Tabel 1 Rata-rata kekuatan tekan CLT (kg cm-2) menurut pembebanan panel CLT pada batas proporsioanal Posisi Pembebanan Jenis Kayu A1 B1 A2 Sengon 8,97 11,41 5,79 Mindi 16,44 19,7 13,67 Nangka 29,44 29,74 22,9 Rata-rata 18,28 20,28 14,12

140

jenis kayu dan posisi

B2 7,83 13,19 21,8 14,27

Rata-rata 8,5 15,75 25,97


b

b

Gambar 5 Histogram kekuatantekanserat berdasarkan posisi pembebanan panel CLT. (Keterangan: A1= plat beban diletakkan di tengah CLT dengan permukaan plat sejajar serat kayu pada permukan CLT, B1 = plat beban diletakkan di tengah CLT dengan permukaan plat tegak lurus serat kayu pada permukaan CLT, A2 = plat beban diletakkan di pinggir CLT dengan permukaan plat sejajar serat kayu pada permukaan CLT, dan B2 = plat beban diletakkan di pinggir CLT dengan permukaan plat tegak lurus serat kayu pada permukaan CLT, notasi dengan huruf kecil yang sama menunjukkan tidak ada perbedaan nilai yang signifikan pada taraf nyata 5%).

Kekuatan tekan CLT sangat tergantung dari posisi pembebanan (Serrano dan Enquist 2010). Rataan kekuatan tekan tegak lurus serat batas proporsional berkisar 14,12 kg cm-2 sampai 20,28 kg cm-2. Analisis sidik ragam menunjukkan posisi pembebanan berpengaruh signifikan terhadap nilai kekuatan tekan serat batas proporsional. Berdasarkan hasil uji lanjut Duncan, posisi pembebanan B1 (20,28 kg cm-2) tidak berbeda dengan A1 (18,28 kg cm-2), namun berbeda nyata dengan posisi pembebanan A2 (14,27 kg cm-2) dan B2 (14,27 kg cm-2). Miller (1999) menyatakan molekulmolekul selulosa tersusun dari helai-helai yang disebut mikrofibril yang akan membentuk dinding sel. Posisi B1 dengan plat beban ditempatkan ditengah dengan arah memanjang tegak lurus serat kayu pada permukaan panel CLT memberikan hasil kekuatan tegak lurus

serat yang lebih tinggi dibanding dengan posisi pengujian lainnya. Hal ini diduga, karena kekuatan tekan yang dibutuhkan untuk memutuskan rantai selulosa pada mikrofibril lebih besar dibanding untuk memisahkan rantai pada molekulmolekul selulosa. Hasuni et al. (2009), menyatakan bahwa kekuatan tekan tegak lurus serat lebih tinggi dibanding dengan kekuatan tekan sejajar serat, hal ini disebabkan karena lapisan permukaan dengan arah tegak lurus serat dan bagian CLT tersebut terlibat dalam mendistribuikan beban. Selanjutnya, Serrano dan Enquist (2010) menyatakan bahwa tipe pembebanan di tengah tegak lurus serat menghasilkan nilai kekuatan tekan yang tertinggi, hal ini disebabkan karena beban yang diterapkan hanya sebagian kecil dari bidang pengujian. Bidang diluar pembebanan mencegah terjadinya deformasi dan bertindak sebagai pendukung kearah tranversal.


141

Pengujian posisi pembebanan A1 mirip dengan pengujian yang dilakukan pada A2. Pengujiannya dilakukan pada arah sejajar serat, namun berbeda dalam hal letak beban. Pada A1 plat pembebanan di tengah dan tipe A2 plat beban diletakkan di pinggir. Hasil pengujian menunjukkan bahwa kekuatan tekan dari tipe A2 (14,2 kg cm-2) lebih kecil dibanding dengan tipe A1 (18,28 kg cm-2). Hal ini diduga disebabkan karena ketika suatu sampel diber beban dan ketika bebannya meningkat, maka sel-sel dinding kayu akan runtuh pada daerah yang dikenai beban dan daerah diluar pembebanan. Posisi A1 yang memiliki daerah lebih luas yang terlibat dalam distribusi beban dibanding A2, sehingga akan menghasilkan kekuatan yang lebih besar (Hasuni et al. 2009). Hal inilah yang menyebabkan kekuatan tekan tipe A1 lebih besar dibanding tipe A2. Lebih lanjut Serrano dan Enquist (2010) menyatakan, beban garis dipinggir sejajar serat, kekuatannya lebih rendah dari semua posisi pembebanan, hal ini dikarenakan densifikasi pada tegangan tidak terjadi karena kurangnya interaksi antar papanpapan dalam lapisan CLT. Rataan kekuatan tekan serat batas proporsional pada kelompok jenis kayu disajikan pada Gambar 6. Berdasarkan penelitian Serrano dan Enquist (2010), rata-rata kekuatan tekan tegak lurus CLT tertinggi dari kayu dengan kerapatan 427 kg m-3 juga dihasilkan dari pengujian tipe B1 (plat ditengah dengan arah tegak lurus serat) berkisar 5,8 MPa. Namun, jika dibandingkan dengan hasil penelitian ini, kayu mindi dengan kerapatan yang hampir sama, memiliki nilai kekuatan tekan tegak lurus yang lebih rendah. Hal ini mungkin disebabkan karena perbedaan jumlah lapisan.

142

Kekuatan tekan tegak lurus serat dari CLT bervarias dari 2,85 MPa (Bogensperger et al. 2011) sampai 3,3 MP (Serrano and Enquist 2010). Penelitian Augustin et al. (2006) dari glulam spruce (Picea abies) menghasilkan nilai kekuatan tekan tegak lurus seratsebesar 2,1 N mm-2. Berdasarkan hasil penelitian ini, kekuatan tekan tegak lurus terbesar dihasilkan dari panel CLT nangka sebesar 25,97 kg cm-2, nilai ini masih lebih rendah dibandingkan penelitian Bogensperger et al. (2011) dan Serrano and Enquist (2010), namun masih lebih tinggi bila dibandingkan dengan Augustin et al. (2006). Ini mengindikasikan bahwa CLT masih memiliki nilai kekuatan tekan tegak lurus serat yang lebih tinggi dari glulam. Tipe kerusakan panel CLT Secara umum, kerusakan sampel CLT untuk ketiga jenis kayu disajikan pada Gambar 7. Kerusakan yang terjadi tergantung dari posisi plat beban pada saat pengujian. Pengujian posisi A1 dan B1 memiliki tipikal kerusakan yang hampir sama, begitu pula dengan pengujian posisi A2 dan B2. Posisi pengujian dengan beban ditengah pada arah sejajar permukaan serat, kerusakannya lebih besar dibanding pada arah tegak lurus serat permukaan. Tipikal kerusakannya berupakerusakan pada bekas pembebanan pada daerah tekan. Untuk tipe A2 dan B2 dengan beban dipinggir, kerusakannya sangat lokal dan jauh lebih rapuh. Terjadi retak kearah horizontal (barissel). Hal ini sejalan dengan (Ed dan Hasselqvist, 2011) yang menyatakan bahwa ketika kayu mendapat tekanan tegak lurus serat diawali dengan keretakan dinding sel kayu dibagian luar yang berasal dari pusat sel yang mengarah terhadap kerusakan sel. Perilaku ini terjadi J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol. 12 No.2 Juli 2014

diseluruh baris sel, dan dikuti dengan kerusakan baris sel berikutnya. Kerusakan panel CLT pada posisi beban dipinggir dapat pula berupa patahan pada sampel di bagian lingkaran tahun. Serrano dan Enquist (2010) menyatakan

bahwa pola kegagalan pada tipe A2 dan B2 mengikuti pola lingkaran tahun, sehingga orientasi lingkaran tahun merupakan faktor penting yang mempengaruhi kerusakan CLT.

a

Gambar 6 Histogram kekuatan tekan serat batas proporsional panel CLT sengon, mindi dan nangka. (Keterangan: notasi dengan huruf kecil yang sama menunjukkan tidak ada perbedaan nilai yang signifikan pada taraf nyata 5%).

a

c

Gambar 7

b

d

Kerusakan kekuatan tekan serat pada posisi pembebanan panel CLT.

(Keterangan: a. Kerusakan pada posisi pembebanan A1; b. Kerusakan pada posisi pembebanan B1; c. Kerusakan pada posisi pembebanan A2; d. Kerusakan pada posisi pembebanan B2). Kekuatan Tekan Tegak Lurus Serat Cross Laminated Timber (CLT) dari Tiga Jenis Kayu Rakyat Muthmainnah, Sucahyo Sadiyo, Lina Karlinasari

143

Kesimpulan Nilai kekuatan tekan tegak lurus yang dihasilkan dari tiga jenis panel CLT bervariasi tergantung posisi beban pada permukaan contoh uji. Kekuatan tekan tegak lurus dengan posisi plat beban ditengah permukaan CLT menghasilkan nilai kekuatan tekan yang lebih tinggi dibanding dengan peletakan beban di pinggir permukaan CLT. Kekuatan tekan tegak lurus dengan posisi pembebanan B1 yaitu plat beban diletakkan di tengah dengan plat beban tegak lurus serat kayu pada permukaan CLT pada batas proporsional menghasilkan nilai tertinggi (20,28 kg cm-2) dibanding pengujian lainnya. Panel CLT nangka menghasilkan kekuatan tekan tegak lurus serat yang tertinggi (25,97 kg cm-2), diikuti kayu mindi (15,75 kg cm-2), dan yang terendah adalah panel CLT kayu sengon (8,50 kg cm-2). Daftar Pustaka Augustin M, Ruli A, Brandner R, Schichofer G. 2006. Behavior of glulam perpendicular to grain in different strength grades and load configuration. In: Proceeding of CIB W18; Florence, 28-31 August 2006; Italy. Pp. 39-12-6. Bogensperger T, Augustin M, Schikhofer G.2011. Properties of CLT – Panels Exposed to Compression perpendicular to their llane. In: International Council for Research and Innovation in Building and Construction, Working Commission W18 – Timber Structures; Alghero. 28 August – 1 September 2011, Italy. Pp. 1–15. [Dirjen Industri Agro] Direktorat Jenderal Industri Agro. 2013. Bahan Baku kebutuhan kayu bulat meningkat. 144

http://agro.kemenperin.go.id/site/inde x. [15April 2014]. Ed D, Hasselqvist F. 2011. Timber compression strength perpendicular to the grain-testing of glulam beams with and without reinforcement. [Disertasi]. Sweden: Lund Institute of Technology. Frese M, Enders-Comberg M, Blab HJ, Glos P. 2012. Compressive strength of spruce glulam. European Journal of Wood and Wood Products. 70 (6):801-809. Gulzow A, Richter K, Steiger R. 2011. Influence of wood moisture content on bending and shear stiffness of cross laminated timber panels. Eur. J. Wood Wood Prod. 69(2):193-197. Gupta R, Siller T. 2005. Shear strength of structural composite lumber using torsion test. J. Test. Eval. 33(2): 110117. [JPIC] Japan Plywood Inspection Corporation. 2003. Japanese Agricultural Standard for Glued Laminated Timber. Tokyo: JPIC. Pp. 234. Lepage RTM. 2012. Moisture response of wall assemblies of cross laminated timber construction in cold Canadian climates. Canada: [Thesis]. University of Waterloo. Mardikanto TR, Karlinasari L, Bahtiar ET. 2010. Sifat Mekanis Kayu. Bogor (ID): IPB Press. Mohammad M, Gagnon S, Douglas BK, Podesto L. 2012. Introduction to cross laminated timber. Wood Design Focus. 22(2):3-12. Miller RB. 1999. Structure of Wood. In: Wood Handbook: Wood as an Engineering Material. Chapter 2. USA: Forest Products Society. Pp. 2-1 – 2-4. J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol. 12 No.2 Juli 2014

[PKKI] Peraturan Konstruksi Kayu Indonesia. 1961. Yayasan Lembaga Penyelidikan Masalah Bangunan. Jakarta. Ruhendi S, Koroh DS, Syamani FA, Yanti H, Nurhaida, Saad S, Sucipto T. 2007. Analisis Perekatan Kayu. Bogor: Institut Pertanian Bogor. Stürzenbecher R, Hofstetter K, Eberhardsteiner J. 2010. Structural design of Cross Laminated Timber (CLT) by advanced plate theories. Compos. Sci. Technol. 70(9):13681379.

Serrano E, Enquist B. 2010. Compression strength perpendicular to grain in Cross laminated Timber (CLT). In: Ceccotti A, editor. 11th World Conference on Timber Engineering; Trentino, 20-24 June 2010. Italy: Trees and Timber Institute, National Research Council.

Riwayat naskah (article history) Naskah masuk (received): 12 Maret 2014 Diterima (accepted): 28 Mei 2014


145

Keawetan Alami Lima Jenis Bambu terhadap Serangan Rayap dan Bubuk Kayu Kering (Natural Durability of Five Bamboo Species Against Termites and Powder Post Beetle) Fauzi Febrianto1*, Adiyantara Gumilang2, Sena Maulana1, Imam Busyra1, Agustina Purwaningsih1 1

Departemen Hasil Hutan Fakultas Kehutanan Institut Pertanian Bogor, Kampus IPB Dramaga, Bogor 16680 2 Departemen Proteksi Tanaman, Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Kampus IPB Dramaga, Bogor 16680 *Penulis korespondensi: [email protected] Abstract

Bamboo is multipurpose plant and is traditionally used by Indonesian rural community to substitute wood for housing material. Bamboo is susceptible to termite and powder post beetle. Consequently, bamboo and its derivative products have relatively short service life. Most available information regarding the natural durability of bamboo in Indonesia was acquired based on various different methods and are less accurate. The present research was aimed to analyze the natural durability of ampel bamboo (Bambusa vulgaris Schrad. Ex Wendl), betung bamboo (Dendrocalum asper), andong bamboo (Gigantochloa verticillata), hitam bamboo (Gigantochloa atroviolaceae) and tali bamboo (Gigantochloa apus)) against subterranean termite (Coptotermes curvignathus), dry wood termite (Cryptotermes cynocephalus), and powder post beetle (Anobium sp) referring to SNI 01.7207-2006. The results showed that bamboo species determined its natural durability against C. curvignathus, C. cynocephalus and Anobium sp. Natural durability of tali bamboo, betung bamboo, and hitam bamboo against C. curvignathus belonged to the 2nd class (resistant), while andong bamboo and ampel bamboo belonged to the 4th class (poor). Natural durability of non-barked hitam bamboo, and andong bamboo against C. cynocephalus belonged to the 3rd class (medium), while those of tali bamboo, betung bamboo, and ampel bamboo belonged to the 4th class (poor). Natural durability of all barked bamboos species against C. cynocephalus were categorized to the 4th class (poor). The resistance of ampel bamboo and andong bamboo against Anobium sp were lower compared to those of tali bamboo, hitam bamboo, and betung bamboo. Keywords: bamboo, dry wood termite, natural durability, powder post beetle, subterranean termite

Abstrak Bambu merupakan tumbuhan serba guna dan secara tradisional telah dimanfaatkan oleh masyarakat sebagai bahan bangunan substitusi kayu di Indonesia. Bambu rentan terhadap serangan rayap dan bubuk kayu kering, akibatnya bambu dan produk turunannya mempunyai masa pakai yang relatif singkat. Beberapa informasi mengenai keawetan alami bambu yang ada ditentukan dengan metode yang berbeda-beda dan tidak baku. Penelitian ini bertujuan menganalisis keawetan alami 5 jenis bambu (bambu ampel (Bambusa vulgaris Schrad. Ex Wendl), bambu betung (Dendrocalum asper), bambu andong (Gigantochloa verticillata), bambu hitam (Gigantochloa atroviolaceaea) dan bambu tali (Gigantochloa apus)) terhadap serangan rayap tanah (Coptotermes curvignathus), rayap kayu kering (Cryptotermes cynocephalus). dan bubuk kayu kering (Anobium sp) mengacu kepada metode standar SNI 01.7207-2006. Hasil penelitian menunjukkan keawetan alami bambu terhadap serangan C. curvignathus, C. 146


cynocephalus. dan Anobium sp tergantung jenisnya. Bambu tali, bambu betung dan bambu hitam termasuk kelas awet 2 (tahan) dan bambu andong dan bambu ampel termasuk kelas awet 4 (buruk) terhadap serangan C. curvignathus. Bambu hitam dan bambu andong dengan kulit termasuk kelas awet 3 (sedang), sedang bambu tali, bambu betung dan bambu ampel kelas awet 4 (buruk) terhdap serangan C. cynocephalus. Seluruh 5 jenis bambu tanpa kulit termasuk ke dalam kelas awet 4 (buruk) terhadap serangan C. cynocephalus. Ketahanan bambu ampel dan bambu andong terhadap serangan Anobium sp lebih rendah dibandingkan bambu tali, bambu hitam dan bambu betung. Kata kunci: bambu, bubuk kayu kering, keawetan alami, rayap kayu kering, rayap tanah

Pendahuluan Bambu adalah tanaman yang sangat bermanfaat dan berperan sangat penting dalam kehidupan sehari-hari masyarakat Indonesia. Bambu sudah lama digunakan sebagai bahan bangunan untuk dinding rumah sederhana (anyaman), komponen konstruksi baik untuk space frame, tulangan beton atau sebagai tiang penyangga dalam pembuatan rumah dan gedung-gedung bertingkat, .sebagai bahan baku kerajinan baik untuk dekorasi maupun untuk peralatan dapur, perabot, pulp dan kertas, bahan bakar (arang/arang aktif, bio-etanol), sebagai alat musik tradisional (angklung, suling dan kulintang) maupun sebagai obat herbal. Selain itu, bambu yang masih muda merupakan sumber nutrisi yang sangat bermanfaat bagi kesehatan (Febrianto et al. 2012). Bambu sangat menjanjikan sebagai bahan baku substitusi kayu karena harganya lebih murah dari kayu, laju pertumbuhan cepat, daur pendek, mudah dibudidayakan, mudah diproses, memiliki keteguhan tarik yang sangat baik dan dapat digunakan sebagai bahan baku beragam produk bangunan. Bambu juga secara tradisional telah dikenal baik oleh masyarakat sebagai komponen bahan bangunan dan terbukti tahan terhadap goncangan gempa. Selain kelebihan di atas, bambu juga mempunyai beberapa kelemahan, terutama jika digunakan sebagai komponen konstruksi yaitu diameter yang terbatas,

serta memiliki kandungan pati yang tinggi sehingga rentan terhadap serangan faktor perusak kayu terutama bubuk kayu kering dan rayap (Febrianto et al. 2012). Potensi bambu di Indonesia sangat melimpah. Dilaporkan bahwa terdapat 143 jenis bambu di Indonesia dan baru diketahui 32 jenis yang mempunyai kegunaan yang berbeda (Wijaya et al. 2004; Wijaya 2001). Di P.Jawa, bambu ampel (Bambusa vulgaris Schrad. Ex Wendl), bambu betung (Dendrocalum asper (Schult.F) Backer ex. Heyne), bambu andong (Gigantochloa verticillata (Willd.) Munro), bambu hitam (Gigantochloa atroviolaceae Widjaja) dan bambu tali (Gigantochloa apus J.A & J.H. Schultes Kurz) merupakan jenisjenis bambu yang banyak dipakai untuk bahan bangunan (Wijaya 2001). Bambu dilaporkan sangat rentan terhadap serangan organisme perusak terutama oleh rayap dan bubuk kayu kering (powder post beetle). Akibatnya bambu solid dan produk turunannya mempunyai masa pakai yang relatif singkat terutama jika digunakan sebagai bahan bangunan (Febrianto et al. 2012). Seberapa rentan setiap jenis bambu terhadap faktor perusak tidak dilaporkan secara spesifik. Beberapa informasi yang ada mengenai keawetan alami bambu terhadap faktor perusak kayu ditentukan dengan metode yang berbeda-beda atau tidak baku. Setiap jenis bambu memiliki karakteristik tersendiri baik sifat anatomi, kimia, fisis dan mekanis

Keawetan Alami Lima Jenis Bambu terhadap Serangan Rayap dan Bubuk Kayu Kering Adiyantara Gumilang, Sena Maulana, Imam Busyra, Agustina Purwaningsih, Fauzi Febrianto

147

sehingga kerentanan terhadap faktor perusak dan penggunaannya pun akan berbeda untuk setiap jenis bambu (Nuryatin 2011, Fatriasari & Hermiati 2006). Keawetan alami bambu adalah daya tahan bambu secara alami terhadap berbagai faktor perusak bambu seperti rayap, bubuk kayu kering, dan jamur perusak. Ketahanan bambu tergantung kepada kondisi iklim dan lingkungan. Bambu tanpa perlakuan khusus dapat bertahan antara satu sampai tiga tahun jika berinteraksi dengan tanah dan udara, namun jika berinteraksi dengan air laut masa pakainya kurang dari satu tahun. Sebaliknya jika diawetkan masa pakainya dapat mencapai empat sampai tujuh tahun, dan dalam kondisi tertentu dapat mencapai 10 sampai 15 tahun (Elsppat 1999). Berdasarkan sifat ketahanannya terhadap faktor perusak, di Indonesia sudah disusun klasifikasi keawetan alami kayu. Untuk bambu hal serupa belum ada informasinya. Informasi akurat dan baku keawetan alami bambu di Indonesia sangat diperlukan oleh pengguna agar pemanfaatan bambu menjadi lebih efektif dan efisien terutama untuk penggunaan bambu sebagai bahan bangunan subtitusi kayu. Pada tahun 2006 badan standarisasi nasional Indonesia telah menyusun prosedur baku untuk menguji sifat keawetan alami kayu (termasuk bambu) yaitu SNI 01.72072006 (BSN 2006). Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis keawetanan alami 5 jenis bambu yang banyak digunakan oleh masyarakat di Indonesia sebagai bahan bangunan terhadap serangan rayap tanah, rayap kayu kering dan bubuk kayu kering mengacu kepada metode standar SNI 01.7207-2006.

148

Bahan dan Metode Waktu dan tempat Penelitian dilaksanakan selama 5 bulan, di laboratorium Peningkatan Mutu Hasil Hutan, Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan IPB dan laboratorium Taksonomi dan Biosistematika Serangga, Departemen Proteksi Tanaman Fakultas Pertanian IPB. Bahan dan alat Bahan yang digunakan adalah bambu ampel (Bambusa vulgaris Schrad. Ex Wendl), bambu betung (Dendrocalum asper (Schult.F) Backer ex. Heyne), bambu andong (Gigantochloa verticillata (Willd.) Munro), bambu hitam (Gigantochloa atroviolaceae Widjaja) dan bambu tali (Gigantochloa apus J.A & J.H. Schultes Kurz), alkohol, rayap kayu kering (Cryptotermes cynocephalus Light), rayap tanah (Coptotermes curvignathus Holmgren), pasir steril, air mineral, alkohol, lilin, dan kapas. Alat yang digunakan adalah botol kaca, timbangan, oven, water bath, desikator, gelas ukur, lembaran kawat, wadah plastik, paralon, kamera, aluminium foil, dan digital video mikroskop. Pengujian ketahanan bambu terhadap serangan rayap tanah Pengujian keawetan alami kayu terhadap serangan rayap tanah: Contoh uji kayu dipotong dengan ukuran (2,5x2,5 x tebal) cm. Tebal contoh uji menyesuaikan tebal bambu. Contoh uji dioven pada suhu 60 ± 2 ºC selama 48 jam untuk mendapatkan berat bambu sebelum pengujian (W1). Pasir dan botol uji kemudian disterilisasi. Selanjutnya, contoh uji dimasukkan ke dalam botol uji sedemikian rupa sehingga salah satu bidang terlebar sampel bambu menyentuh dinding botol uji. Kemudian ke dalam botol uji dimasukkan pasir J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol. 12 No.2 Juli 2014

steril 200 g lalu ditambahkan air mineral sebanyak 50 ml. Sebanyak 200 ekor rayap tanah (C. curvignathus) kasta pekerja yang sehat dan aktif dimasukkan ke dalam botol uji. Botol uji ditutup aluminium foil dan disimpan dalam ruang gelap selama 4 minggu (Gambar 1). Setiap minggu aktivitas rayap dalam botol uji diamati tanpa mengganggu aktivitasnya. Setelah 4 minggu, contoh uji dibongkar, dibersihkan dan dihitung jumlah rayap yang masih hidup untuk menentukan mortalitasnya. Contoh uji dioven pada suhu 60 ± 2 ºC selama 48 jam untuk mendapatkan berat bambu setelah pengujian (W2). Nilai kehilangan berat contoh uji akibat serangan rayap tanah dihitung dengan persamaan berikut:

Tabel 1 Klasifikasi ketahanan kayu terhadap rayap tanah SNI 01.7202.2006 Kelas Ketahanan Penurunan berat (%) I Sangat <3.52 tahan II Tahan 3.52-7.50 III Sedang 7.50-10.96 IV Buruk 10.96-18.94 V Sangat 18.94-31.89 buruk

WL= (W1-W2)/W1 ×100% Dimana: WL = Penurunan berat (%) W1 = Berat kering oven bambu sebelum pengumpanan (g) W2 = Berat kering oven bambu setelah pengumpanan (g)

Gambar 1 Pengujian ketahanan bambu terhadap serangan rayap tanah C. curvignathus

Nilai mortalitas rayap tanah dihitung dengan menggunakan rumus:

Keawetan alami bambu terhadap serangan rayap kayu kering

MR= D/200 × 100% Dimana: MR = Mortalitas rayap D = Jumlah rayap mati 200 = Jumlah rayap awal pengujian Penentuan ketahanan dan kelas awet contoh uji terhadap rayap tanah diklasifikasikan berdasarkan penurunan berat sebagaimana disajikan pada Tabel 1.

Contoh uji bambu dipotong dengan ukuran (5 x 2,5 x tebal) cm. tebal contoh uji menyesuaikan tebal bambu. Contoh uji dioven pada suhu 60 ± 2 ºC selama 48 jam untuk mendapatkan berat bambu sebelum pengujian (W1). Pada salah satu sisi yang terlebar pada contoh uji tersebut dipasang pipa paralon yang diberi lilin kemudian ke dalam pipa paralon tersebut dimasukkan rayap kayu kering (C. cynocephalus) sebanyak 50 ekor kasta pekerja yang sehat dan aktif dan ditutup dengan kapas setelah itu contoh uji tersebut disimpan di tempat gelap selama 12 minggu (Gambar 2).


149

Setelah 12 minggu contoh uji dibongkar, dibersihkan dan dihitung jumlah rayap yang masih hidup untuk menentukan mortalitasnya. Contoh uji dioven pada suhu 60 ± 2 ºC selama 48 jam untuk mendapatkan berat bambu setelah pengujian (W2). Nilai kehilangan berat contoh uji akibat serangan rayap kayu kering dihitung dengan persamaan berikut: WL= (W1-W2)/W1 ×100% Dimana: WL = Penurunan berat (%) W1 = Berat kering oven bambu sebelum pengumpanan (g) W2 = Berat kering oven bambu setelah pengumpanan (g) Nilai mortalitas rayap kayu kering dihitung menggunakan rumus: MR = D/50 ×100% Dimana: MR = Mortalitas rayap D = Jumlah rayap mati 50 = Jumlah rayap awal pengujian Kelas ketahanan contoh uji terhadap rayap kayu kering dikelompokkan ke dalam lima kelas (Tabel 2). Tabel 2 Klasifikasi ketahanan kayu terhadap rayap kayu kering SNI 01.7202.2006 Kelas Ketahanan Kehilangan berat (%) I Sangat <2.0 tahan II Tahan 2.0-4.4 III Sedang 4.4-8.2 IV Buruk 8.2-28.1 V Sangat >28.1 buruk

150

Pengujian ketahanan bambu terhadap serangan bubuk kayu kering Pengujian bersifat “semi lapangan” (Purwantiningsih 2012). Contoh uji bambu dengan dan tanpa perlakuan steam ukuran 5 cm x 2.5 cm x tebal menyesuaikan jenis bambu dari bagian pangkal bambu dilakukan pengovenan selama 48 jam dengan suhu 60 ± 2ºC untuk mendapatkan berat awal contoh uji sebelum pengujian (W1). Contoh uji dimasukan ke dalam bak plastik, dengan susunan acak dan posisi mendatar. Bak plastik ditutup menggunakan lembaran kawat dengan ukuran lubang (0,5 x 0,5) cm2. Kemudian diletakan diatas tumpukan papan/kayu yang terserang oleh bubuk kayu kering. Setiap minggu bak plastik diamati apakah ada tanda-tanda serangan oleh bubuk kayu kering. Setelah 3 bulan contoh uji dalam bak plastik dibongkar, dilakukan identifikasi jenis bubuk kayu kering yang menyerang. Contoh uji kayu dibersihkan dari bubuk halus dan dioven selama 48 jam dengan suhu 60 ± 2 ºC, kemudian ditimbang untuk memperoleh berat akhir (W2). Selanjutnya sampel bubuk kayu kering diambil dan di diidentifikasi jenisnya. Analisis data Rancangan penelitian yang digunakan adalah rancangan acak lengkap dengan faktor tunggal yaitu jenis bambu (betung, andong, ampel, tali, dan hitam). Se tiap perlakuan dilakukan 3 kali ulangan.


(a)

(b)

Gambar 2 (a) Pengujian ketahanan bambu terhadap serangan rayap kayu kering C. cynocephalus (b) Sampel uji setelah pengumpanan 12 minggu. Hasil dan Pembahasan Keawetan alami bambu serangan rayap tanah

terhadap

Nilai kehilangan berat bambu setelah diumpankan pada rayap tanah berkisar antara 3,63-14,60%. Nilai kehilangan berat bambu bervariasi antar jenis bambu. Kehilangan berat bambu yang terkecil dan terbesar terdapat pada bambu tali dan ampel (Gambar 3). Hasil analisis ragam menunjukkan bahwa jenis bambu berpengaruh nyata terhadap nilai kehilangan berat. Bambu tali, bambu betung dan bambu hitam mempunyai ketahanan yang sama terhadap rayap tanah. Demikian pula bambu andong dan ampel mempunyai ketahanan yang sama terhadap rayap tanah. Bambu tali, bambu hitam dan bambu betung lebih tahan terhadap serangan rayap tanah dibandingkan bambu andong dan bambu ampel. Keawetan alami kayu demikian juga bambu sangat dipengaruhi oleh komponen zat ekstraktif yang terdapat pada kayu atau bambu tersebut. Namun, tidak semua zat ekstraktif bersifat racun terhadap faktor perusak (Sjostrom 1995, Pandit & Kurniawan 2008, Wistara et al 2002). Pada bambu kandungan hemiselulosa (pati) sangat menentukan

kerentanan bambu terhadap serangan organisme perusak kayu (rayap dan bubuk kayu kering). Semakin tinggi kandungan pati maka semakin rentan bambu terhadap serangan faktor perusak kayu (rayap dan bubuk kayu kering). Kelarutan bambu andong dan ampel dalam berbagai pelarut jauh lebih tinggi dibandingkan bambu tali, betung dan hitam (Tabel 3). Hal ini diduga salah satu penyebab bambu andong dan bambu ampel lebih disukai oleh rayap tanah dibandingkan ketiga jenis bambu lainnya. Mengacu pada standar SNI 01.7207-2006, bambu tali, bambu betung dan bambu hitam tergolong kelas awet 2 terhadap serangan rayap tanah, sementara itu bambu andong dan bambu ampel termasuk kelas awet 4. Gambar 4 menunjukkan persentase mortalitas rayap tanah diakhir pengujian pada ke lima jenis bambu yang diuji. Nilai rata-rata mortalitas rayap tanah berkisar antara 96.38-100%. Nilai mortalitas rayap tanah tidak dipengaruhi oleh jenis bambu. Data ini mendukung bahwa dengan jumlah rayap yang mati relatif sama namun kehilangan berat berbeda menunjukkan bahwa tingkat kesukaan rayap tanah terhadap berbagai jenis bambu sebagai sumber makanan berbeda.


151

Gambar 3 Kehilangan berat bambu setelah diumpankan pada rayap tanah (C. curvignathus). Tabel 3 Sifat kimia 5 jenis bambu Kelarutan dalam (%) Jenis bambu

Selulosa Lignin (%) (%)

Pentosan (%)

Abu (%)

Silica Air Air (%) dingin panas

Alkohol NaOH benzen 1%

Betung 52.9 24.8 18.8 2.63 0.2 4.5 6.1 0.9 22.2 Tali 52.1 24.9 19.3 2.75 0.37 5.2 6.4 1.4 25.1 Ampel 45.3 25.6 20.4 3.09 1.78 8.3 9.4 5.2 29.8 Andong 49.5 23.9 17.8 1.87 0.52 9.9 10.7 6.9 28 Hitam 73.32* 30.01 3.30 2.93 3.31 5.49 1.06 19.2 Sumber: Gusmailina dan Sumadiwangsa (1988), Fitriasari dan Hermiati (2008); Manuhuwa dan Laiwatu (2006). *= kadar Holoselulosa

Gambar 4 Mortalitas rayap tanah (C. curvignathus) pada 5 jenis bambu diakhir pengujian.

152


Gambar 5 Kehilangan berat 5 jenis bambu setelah diumpankan pada rayap kayu kering (C. cynosephalus). Keawetan alami bambu terhadap serangan rayap kayu kering Nilai kehilangan berat bambu setelah diumpankan pada rayap tanah untuk bambu dengan dan tanpa kulit berkisar antara 4,87-9,98% dan 8,21-11,07%. Nilai kehilangan berat bambu bervariasi antar jenis kayu. Kehilangan berat bambu yang terkecil dan terbesar terdapat pada bambu tali dan bambu ampel. Kehilangan berat bambu tanpa kulit lebih besar dibandingkan bambu dengan kulit. Kehilangan berat bambu tanpa kulit terbesar dan terkecil terjadi pada bambu hitam dan bambu tali. Kehilangan berat bambu dengan kulit terbesar dan terkecil terjadi pada bambu andong dan bambu ampel (Gambar 5). Hasil analisis ragam menunjukkan bahwa jenis bambu berpengaruh nyata terhadap nilai kehilangan berat. Bambu hitam, bambu andong, bambu betung dan bambu ampel memiliki ketahanan yang sama terhadap serangan rayap kayu kering dan berbeda dengan bambu tali. Bambu andong dengan kulit lebih tahan serangan rayap tanah dibandingkan ke empat jenis bambu lainnya. Berbeda halnya dengan rayap tanah, pada rayap

kayu kering kandungan hemiselulosa (pati) pada bambu tidak berpengaruh terhadap nilai pengurangan berat bambu setelah diumpankan pada rayap kayu kering. Kehilangan berat bambu dengan dan tanpa kulit terlihat nyata pada bambu andong dan bambu tali dan tidak berbeda pada bambu betung, bambu ampel dan bambu hitam. Bambu termasuk salah satu jenis tanaman rumput-rumputan dan mengandung silika yang lebih tinggi dibandingkan tanaman kayu sebagai upaya tanaman secara alami untuk melindungi diri dari pengaruh lingkungan. Kandungan silika pada kulit bambu lebih tinggi dibandingkan di bagian dalam batang bambu (Fatriasari & Hermiati 2008). Diantara ke lima jenis bambu tersebut kandungan silika pada bambu ampel adalah yang paling rendah (Tabel 3). Berdasarkan standar SNI 01.7207-2006 kelas keawetan alami bambu hitam dan bambu andong dengan kulit adalah kelas awet 3 (sedang), sedang bambu tali, bambu betung dan bambu ampel kelas awet 4 (buruk) terhadap serangan rayap kayu kering. Seluruh 5 jenis bambu tanpa kulit


153

termasuk ke dalam kelas awet 4 (buruk) terhadap serangan rayap kayu kering. Gambar 6 menunjukkan persentase mortalitas rayap kayu kering diakhir pengujian pada ke lima jenis bambu yang diuji. Nilai rata-rata mortalitas rayap kayu kering berkisar antara 84,5099,00%. Nilai mortalitas rayap kayu kering tidak dipengaruhi oleh jenis bambu. Data ini mendukung bahwa dengan jumlah rayap yang mati relatif sama namun kehilangan berat berbeda menunjukkan bahwa tingkat kesukaan rayap kayu kering terhadap berbagai jenis bambu sebagai sumber makanan berbeda. Keawetan alami bambu terhadap serangan bubuk kayu kering Ketahanan bambu terhadap serangan bubuk kayu kering dilakukan dengan merode semi lapangan selama 30 minggu. Pengamatan terhadap tingkat serangan bubuk kayu kering dilakukan setiap minggu. Serangan pertama terjadi pada minggu ke 18 pada bambu ampel.

Ketahanan bambu terhadap serangan bubuk kayu kering bervariasi diantara jenis bambu. Nilai rata-rata kehilangan berat bambu setelah diumpankan pada bubuk kayu kering selama 30 minggu berkisar antara 2,12-25,36%. Kehilangan berat bambu terbesar dan terkecil terjadi pada bambu ampel dan bambu tali (Gambar 7). Bubuk kayu kering menyerang bambu karena bambu banyak mengandung pati sebagai sumber makanan sekaligus juga bambu sebagai tempat tinggal. Tingginya nilai kehilangan berat pada bambu ampel dan bambu andong karena kedua jenis ini mengandung pati (hemiselulosa) yang lebih tinggi dibandingkan bambu betung, bambu tali dan bambu hitam. Hal ini didukung data kelarutan bambu di dalam NaOH 1% yang tinggi pada bambu ampel dan bambu andong dibandingkan ketiga jenis bambu lainnya (Gusmailina & Sumadiwangsa 1988, Fitriasari & Hermiati 2008, Manuhuwa & Laiwatu 2006). Jenis bubuk kayu kering yang menyerang adalah Anobium sp. (Fam. Anobidae).

Gambar 6 Mortalitas rayap kayu kering (C. cynocsephalus) pada 5 jenis bambu diakhir pengujian.

154


Gambar 7 kehilangan berat 5 jenis bambu setelah diumpankan pada bubuk kayu kering. Kesimpulan Keawetan alami bambu terhadap serangan rayap tanah, rayap kayu kering dan bubuk kayu kering tergantung jenisnya. Bambu tali, bambu betung dan bambu hitam termasuk kelas awet 2 (tahan) dan bambu andong dan bambu ampel termasuk kelas awet 4 (buruk) terhadap serangan rayap tanah (C. curvignathus). Bambu hitam dan bambu andong dengan kulit termasuk kelas awet 3 (sedang), sedang bambu tali, bambu betung dan bambu ampel kelas awet 4 (buruk) terhadap serangan rayap kayu kering. Seluruh 5 jenis bambu tanpa kulit termasuk ke dalam kelas awet 4 (buruk) terhadap serangan rayap kayu kering. Ketahanan bambu ampel dan bambu andong terhadap serangan bubuk kayu kering lebih rendah dibandingkan bambu tali, bambu hitam dan bambu betung. Daftar Pustaka Elsppat T. 1999. Pengawetan Kayu dan Bambu. Jakarta: Penerbit Puspa Swara. Fatriasari W, Hermiati E. 2006. Analysis of fiber morphology and physicalchemical properties of six species of bamboo as raw material for pulp

and paper. Cibinong: UPT Balai Penelitian dan Pengembangan Biomaterial. LIPI. Hlm. 34-47 Febrianto F., Sahroni, Hidayat W, Bakar ES, Kwon GJ, Kwon JH, Hong SI, Kim NH. 2012. Properties of oriented strand board made from Betung bamboo (Dendrocalamus asper (Schultes.f) Backer ex Heyne). Int. J. Wood Sci. Tech. 46 (1-3): 5362. Gusmailina, Sumadiwangsa S. 1988. Analisis kimia sepuluh jenis bambu dari Jawa Timur. Jurnal Hasil Hutan. 5(5):290-293. Manuhuwa M, Laiwatu M. 2006. Komponen kimia dan anatomi tiga jenis bambu. http://unpattiforester.net/kimia_bambu. pdf.[13 Januari 2013] Nuryatin N. 2012. Vascular pattern as predictor of utilization. [Dissertation]. Sekolah Pascasarjana Pertanian Bogor.

bundle bamboo Bogor: Institut

[BSN] Badan Standardisasi Nasional. 2006. Standar Nasional Indonesia. Uji ketahanan kayu dan produk kayu terhadap organisme perusak kayu. SNI 01.7207-2006. Jakarta: BSN.


155

Purwaningsih A. 2012. Ketahanan oriented strand board bambu terhadap serangan rayap dan kumbang [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Wijaya EA, Utami NW, Saefudin. 2004. Panduan Membudidayakan Bambu. Bogor: LIPI. Wijaya EA. 2001. Identifikasi JenisJenis Bambu di Jawa. Bogor: LIPI Seri Panduan Lapangan Pandit IKN, Kurniawan D. 2008. Struktur kayu: Sifat Kayu Sebagai Bahan Baku dan Ciri Diagnostik Kayu Perdagangan Indonesia.

156

Bogor (ID): Fakultas Kehutanan IPB. Sjöstrom E. 1993. Wood Chemistry: Fundamentals and Applications. California: Academic Press. Pp. 90108. Wistara INJ, Rachmansyah R, Denes F, Young RA. 2002. Ketahanan 10 Jenis Kayu Tropis. JTHH 15(2): 4856. Riwayat naskah (article history) Naskah masuk (received): 29 Maret 2014 Diterima (accepted): 5 Mei 2014


Karakteristik Papan Laminasi dari Batang Kelapa Sawit (The Characteristics of the Laminated Board of Oil Palm Trunk) Atmawi Darwis1*, Muhammad Y Massijaya2, Naresworo Nugroho2, Eka M Alamsyah1 1

Sekolah Ilmu dan Teknologi Hayati, Institut Teknologi Bandung, Jl. Ganesa 10 Bandung 40132 2 Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor, Kampus IPB Dramaga, Bogor 16680 *Penulis korespondensi: [email protected] Abstract The purpose of this study was to determine the physical and mechanical properties of glue laminated (glulam) of oil palm trunks lumber (OPTL) composed of different number of layers and trunk heights (2 m, 4 m, and 6 m). The number of layers was varied at 2, 3 and 4 layers with the thickness of lamina of 3 cm, 2 cm, and 1.5 cm, respectively. The results showed that the glulam of OPTL retained higher density and mechanical properties compared to those of its solid form. The properties of OPTL glulam decreased from the bottom to the top division of the trunk. The physical and mechanical properties of glulam increased with increasing layers. Modulus of Elasticity (MOE) of OPTL 4 layered glulam increased by more than 50% compared to that of its solid OPT. Isocyanate based adhesive used to produce the glulam resulted in a satisfied bonding indicated by 100% and 0% wood damage in shear and delamination test, respectively. The mechanical properties of OPTL glulam (MOE, MOR, and shear strength) failed to satisfy the requirement of Japan Agricultural Standard for Glued Laminated: No 1152 (2007). Keywords: glulam, laminae, oil palm trunk, physical-mechanical properties

Abstrak Tujuan penelitian ini adalah mengetahui karakteristik kayu laminasi dari batang kelapa sawit berdasarkan jumlah lapisan dimana lamina yang digunakan dari berbagai ketinggian pada batang (2m, 4m, dan 6m). Kayu laminasi batang kelapa sawit tersususn atas 2, 3, dan 4 lapisan dengan ketebalan lamina berturut-turut 3 cm, 2 cm, dan 1,5 cm. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kerapatan dan sifat mekanis kayu laminasi batang kelapa sawit lebih besar dibandingkan dengan kayu utuhnya. Karakteristik kayu laminasi batang kelapa sawit menurun dari pangkal kebagian ujung. Berdasarkan jumlah lapisannya, karakteristiknya meningkat dengan semakin banyaknya jumlah lapisan lamina. Nilai MOE kayu laminasi dari batang kelapa sawit 4 lapis meningkat lebih besar 50% dibandingkan kayu utuhnya. Performa perekat isosianat mampu menghasilkan kekuatan rekat yang baik dimana nilai kerusakan dan rasio delaminasinya berturut-turut sebesar 100% dan 0%. Sifat mekanis kayu laminasi dari batang kelapa sawit belum seluruhnya memenuhi standar Japan Agricultural Standard for Glued Laminated: 1152 (2007). Kata kunci: batang kelapa sawit, kayu laminasi, lamina, sifat fisis mekanis

Pendahuluan Di Indonesia terdapat banyak perkebunan kelapa sawit (Elaeis guineensis Jacq.), baik milik pemerintah, swasta maupun masyarakat. Pada saat ini,

kelapa sawit merupakan tanaman primadona subsektor perkebunan. Hal ini terlihat dengan semakin bertambahnya luasan perkebunan kelapa sawit dari tahun ke tahun. Tahun 2013 luas perkebunan kelapa sawit di Indonesia

Karakteristik Kayu Laminasi dari Batang Kelapa Sawit Atmawi Darwis, Muhammad Y Massijaya, Naresworo Nugroho, Eka M Alamsyah

157

telah mencapai 10,6 juta hektar (BPS 2014). Peningkatan luas perkebunan kelapa sawit di Indonesia secara signifikan dimulai pada awal tahun 1980an. Pohon kelapa sawit yang sudah tidak produktif lagi akan ditebang dan batangnya selama ini hanya dibiarkan saja di lahan perkebunan dan dapat menjadi sarang hama kelapa sawit. Dalam satu hektar perkebunan sawit terdapat 120 sampai 130 pohon. Setiap pohon sawit memiliki volume batang 1,5 m3, sehingga volume kayu yang dihasilkan antara 180 sampai 195 m3 per ha (Bakar et al. 2008). Penelitian sifat dasar kayu kelapa sawit menunjukkan bahwa sifat fisis dan mekanis serta sifat keawetan kayu kelapa sawit tergolong rendah (Bakar et al. 1998). Berat jenis dan sifat mekanisnya cenderung menurun dari tepi kearah pusat batang (Bakar et al. 1998, Rahayu 2001, Erwinsyah 2008, Darwis 2013). Berdasarkan hasil penelitian sebelumnya dapat diketahui bahwa bagian batang kelapa sawit yang layak digunakan sebagai bahan baku kontruksi ringan adalah 1/3 bagian terluar dari batang kelapa sawit seperti yang rekomendasikan oleh Bakar et al. (1999). Rendemen kayu gergajian dengan pola penggergajian yang dimodifikasi yang dinamakan polygon sawing hanya sebesar 30% (Bakar et al. 2006). Berdasarkan penelitian tersebut, maka kayu sawit yang dapat diproduksi berkisar antara 54 sampai 58 m3 per ha. Keterbatasan dimensi sortimen yang dapat dihasilkan dari limbah batang kelapa sawit, merupakan salah satu faktor yang menghambat penggunaannya sebagai bahan bangunan. Pembuatan kayu laminasi merupakan salah satu langkah cerdas yang dapat memecahkan 158

masalah tersebut. Kayu laminasi merupakan cara yang efektif dalam memanfaatkan kayu berkekuatan tinggi dengan dimensi terbatas menjadi elemen struktural yang besar dalam berbagai bentuk dan ukuran (CWC 2000). Kayu laminasi merupakan produk yang dihasilkan dengan cara menyusun sejumlah papan atau lamina di atas satu dengan lainnya dan merekatnya sehingga membentuk penampang yang diinginkan (Serrano 2003). Keuntungan penggunaan kayu laminasi adalah meningkatkan sifat-sifat kekuatan dan kekakuan, memberikan pilihan bentuk geometri yang lebih beragam, memungkinkan untuk penyesuaian kualitas laminasi dengan tingkat tegangan yang diinginkan dan meningkatkan akurasi dimensi dan stabilitas bentuk. Keuntungan utama dari pembuatan kayu laminasi adalah dapat menghasilkan kayu besar dari kayu berdimensi kecil dengan kualitas rendah (Berglund & Rowell 2005). Perekat merupakan salah satu komponen penting yang juga menentukan karakteristik kayu laminasi yang dihasilkan. Perekat isosianat merupakan salah satu perekat yang baik dan cocok digunakan sebagai bahan perekat dalam kayu laminasi, khususnya dari bahan batang kelapa sawit. Pada penelitian kedua, perekat ini mampu merekatkan bahan tersebut dengan baik. Penelitian ini merekomendasikan untuk menggunakan perekat ini dengan berat labur 300 g cm-2 dengan lama pengempaan selama 1 jam (Darwis et al. 2014). Karakteristik kayu laminasi juga dipengaruhi oleh sifat lamina-lamina penyusunnya (Bodig & Jayne 1982). Kadar air dan kerapatan merupakan indikator kualitas kayu yang paling mendasar dimana akan mempengaruhi sifat-sifat kayu (Kretschmann & Green J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol. 12 No.2 Juli 2014

1996). Pada umumnya, kerapatan kayu memiliki keterkaitan yang erat dengan sifat mekanis kayu (Sonderegger et al. 2008). Sebagai bahan kontruksi, sifat mekanis yang sangat penting adalah MOR dan MOE. Tujuan penelitian ini adalah mengetahui karakteristik kayu laminasi dari batang kelapa sawit bagian luar berdasarkan ketebalan lamina yang diambil dari tepi batang. Bahan dan Metode Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah kayu dari batang kelapa sawit berumur 20 tahun yang diambil dari perkebunan kelapa sawit PT. Perkebunan Nusantara VII Propinsi Lampung. Bahan perekat yang digunakan adalah isosianat yang diproduksi oleh PT Koyobond Indonesia. Pembuatan lamina Batang kelapa sawit ditebang menjadi kayu gelondongan (log) dengan chain saw menjadi 3 bagian berdasarkan ketinggian (2 m, 4 m, 6 m) dan dibelah menjadi papan/sortimen pada 1/3 bagian batang terluar. Papan-papan yang dihasilkan kemudian dikeringkan dalam kiln drying sampai mencapai kadar air kering udara (12-14%). Sortimensortimen tersebut kemudian dipotong dan dibelah dengan circular saw hingga diperoleh papan lamina dengan ukuran ketebalan masing-masing 6 cm, 3 cm, 2 cm, dan 1,5 cm dengan lebar 60 cm dan panjang 150 cm. Tebal lamina diukur mulai dari bagian terluar batang (Gambar 1). Papan lamina kayu sawit diuji MOE dengan metode non destruktif. Metode yang digunakan adalah dengan mencari

hubungan antara pembebanan dan nilai defleksinya. Pembuatan kayu laminasi Kayu laminasi kelapa sawit yang dibuat bervariasi jumlah lapisannya tergantung tebal lamina penyusunnya (3 cm, 2 cm, dan 1,5 cm). Lamina-lamina selanjutnya direkatkan satu sama lain dengan perekat isosianat dengan berat labur 300 g m-2. Kayu laminasi kelapa sawit yang dibuat berukuran (6 x 6 x 150) cm3 sehingga jumlah lapisan bervariasi menjadi 2 lapis, 3 lapis dan 4 lapis. Sebagai pembandingnya dibuat kontrol berupa kayu kelapa sawit utuh dengan ukuran kayu laminasi yang dibuat (Gambar 1). Setelah direkatkan, kayu laminasi kelapa sawit tersebut ditekan dengan kempa dingin sebesar 10 kg cm-2 dengan waktu kempa 1 jam sesuai penelitian Darwis et al. (2014). Kayu laminasi batang kelapa sawit kemudian dikondisikan selama 1 minggu. Karakteristik kayu laminasi kelapa sawit yang dihasilkan ditentukan dengan melakukan pengujian sifat fisis dan sifat mekanis. Pengujian sifat fisis diantaranya: kadar air dan kerapatan sedangkan pengujian sifat mekanisnya adalah kekuatan geser, keteguhan patah (Modulus of Rupture) dan kekakuan lentur (Modulus of Elastisity). Alat yang dipergunakan dalam uji mekanis adalah Universal Testing Machine (UTM) Instron Type 3369. Selanjutnya contoh uji diuji dengan konfigurasi center point loading yang mengacu pada Japan Agricultural Standard for Glued Laminated: Timber Notification No. 1152 (JPIC 2007).


159

Kayu Laminasi

Lamina

Gambar 1 Bahan lamina yang digunakan dan konfigurasi struktur lapisan kayu laminasi batang kelapa sawit. Analisis data Penelitian ini menggunakan dua faktor: faktor A adalah posisi ketinggian pada batang yang terdiri dari 3 taraf, yaitu 2 m, 4 mdan 6 m. Faktor B adalah jumlah lapisan kayu laminasi yang terdiri dari 4 taraf, yaitu 1 lapis (kayu utuh), 2 lapis, 3 lapis dan 4 lapis. Pengaruh faktor-faktor tersebut terhadap respon pengamatan dianalisis dengan menggunakan model rancangan percobaan faktorial acak lengkap 3 x 4 dengan 3 ulangan. Model linier rancangan percobaan tersebut adalah: 𝑌𝑖𝑗 = 𝜇 + 𝛼𝑖 + 𝛽𝑗 + 𝛼𝛽𝑖𝑗 + 𝜀𝑖𝑗𝑘 dimana i (1,2,3): taraf posisi ketinggian batang, j (1,2,3,4): taraf jumlah lapisan, k (1,2,3): ulangan. Apabila hasil uji F menunjukkan ada pengaruh nyata secara statistik (pada α = 5%) pada kedua perlakuan maupun kombinasinya, selanjutnya akan dilakukan uji lanjut dengan menggunakan uji selang berganda Duncan (Duncan multiple range test/DMRT).

160

Hasil dan Pembahasan Karakteristik lamina kayu kelapa sawit Sifat fisis (kerapatan) dan sifat mekanis (MOE) kayu lamina kelapa sawit memiliki nilai yang bervariasi (Tabel 1). Kerapatan dan MOE kayu sawit bervariasi pada berbagai posisi ketinggian dan ketebalan lamina yang diambil dari bagian tepi batang. Pada setiap posisi ketinggian batang, semakin tipis ketebalan lamina, kerapatan dan MOE-nya semakin besar. Semakin tipisnya ketebalan lamina yang diambil dari bagian terluar batang kelapa sawit menyebabkan distribusi ikatan pembuluh semakin besar persatuan luasnya. Hal tersebut menyebabkan nilai kerapatan dan MOE semakin besar. Namun hal ini tidak berlaku pada posisi ketinggian yang berbeda.


Tabel 1 Karakteristik lamina batang kelapa sawit Karakteristik Kadar Air (%) Kerapatan (g cm-3)

12,47 ± 0,21*

Ketebalan lamina (cm) A (3,0) B (2,0) 2 meter 12,38 ± 0,16 12,29 ± 0,43

12,35 ± 0,19

0,32 ± 0,001

0,34 ± 0,004

0,38 ± 0,005

Kontrol (6,0)

C (1,5)

0,36 ± 0,003

30,4 x 103 ± 106,05

MOE (kg cm-2) 20,0 x 103 ± 103,73 25,3 x 103 ± 67,57 28,3 x 103 ± 69,47 Kadar Air (%) Kerapatan (g cm-3)

12,35 ± 0,09

4 meter 12,38 ± 0,29

12,34 ± 0,27

12,38 ± 0,20

0,30 ± 0,007

0,30 ± 0,004

0,32 ± 0,014

0,34 ± 0,007

23,9 x 103 ± 140,51

25,6 103 ± 260,56

12,38 ± 0,21

12,34 ± 0,21

0,29 ± 0,005

0,30 ± 0,004

Kadar Air (%) Kerapatan (g cm-3)

12,39 ± 0,09

21,2 x 103 ± 321,62 6 meter 12,44 ± 0,27

0,23 ± 0,006

0,27 ± 0,009

MOE (kg cm-2)

10,6 x 103 ± 45,86

13,4 x 103 ± 541,72

MOE (kg cm-2) 16,6 x 103 ± 130,84

15,1 x 103 ± 98,05 16,2 x 103 ± 98,68

*) nilai simpangan baku

Pada bagian pangkal nilai kerapatan maupun MOE-nya lebih besar dibandingkan pada bagian atas. Semakin tinggi posisi pengambilan bahan lamina, akan semakin menurun nilainya. Dilihat dari segi umur batang yang sama, bagian pangkal lebih tua dari bagian atasnya sehingga mempengaruhi karakteristik sel-sel penyusunnya (Lim & Khoo 1986). Sel-sel penyusun ikatan pembuluh pada bagian ujung masih berumur muda dibandingkan bagian dibawahnya dan dalam pertumbuhannya masih dipengaruhi oleh meristem pucuk. Sel-sel muda tentu memiliki sifat-sifat yang berbeda dibandingkan sel-sel dewasa. Hasil penelitian Rahayu (2001), berat jenis ikatan pembuluh kelapa sawit umur 27 tahun menurun dari pangkal ke ujung batang. Hal ini didukung dengan penelitian Shirley (2002) melalui kajian anatomi dinding sel serat dimana jumlah lapisan dinding selnya menurun dari pangkal ke ujung batang kelapa sawit.

Karakteristik kayu laminasi batang kelapa sawit Kadar air dan kerapatan Kadar air kayu laminasi batang kelapa sawit berkisar antara 12,10% sampai 12,87%. Hal ini menunjukkan bahwa kayu laminasi batang kelapa sawit telah memenuhi standar Japan Agricultural Standard for Glued Laminated : Timber Notification No. 1152 (JPIC 2007) yang mensyaratkan tidak lebih dari 15%. Nilai kadar air kayu laminasi batang kelapa sawit ditunjukkan dalam Gambar 2. Kayu laminasi batang kelapa sawit memiliki nilai kerapatan yang lebih besar dibandingkan dengan kayu utuhnya (Gambar 3). Kayu laminasi batang kelapa sawit yang tersusun dari lamina dengan ketebalan 1,5 cm memiliki kerapatan yang paling besar dibandingkan kayu laminasi dari lamina-lamina yang ketebalannya lebih besar pada posisi ketinggian yang sama.


161

Semakin besar kerapatan lamina penyusunnya, semakin besar pula kerapatan kayu laminasinya. Kerapatan kayu laminasi batang kelapa sawit menurun dengan semakin tingginya posisi pengambilan bahannya pada batang kelapa sawit. Kayu laminasi batang kelapa sawit memiliki nilai kerapatan yang lebih besar dibandingkan dengan kayu utuhnya (Gambar 3). Kayu laminasi batang kelapa sawit yang tersusun dari lamina

dengan ketebalan 1,5 cm memiliki kerapatan yang paling besar dibandingkan kayu laminasi dari lamina-lamina yang ketebalannya lebih besar pada posisi ketinggian yang sama. Semakin besar kerapatan lamina penyusunnya, semakin besar pula kerapatan kayu laminasinya. Kerapatan kayu laminasi batang kelapa sawit menurun dengan semakin tingginya posisi pengambilan bahannya pada batang kelapa sawit.

Gambar 2 Kadar air kayu utuh dan kayu laminasi batang kelapa sawit.

Gambar 3 Kerapatan kayu utuh dan kayu laminasi batang kelapa sawit.

162


Sifat mekanis kayu laminasi batang kelapa sawit Sifat kelenturan kayu laminasi batang kelapa sawit (MOE) ditentukan oleh kerapatan maupun MOE lamina penyusunnya sebagaimana halnya pada kayu laminasi pada umumnya maupun pada kayu utuh. Izekor et al. (2010) melaporkan bahwa nilai MOE dan MOR kayu jati pada kelas umur yang berbeda meningkat dengan meningkatnya kerapatan kayu. Hasil penelitian menunjukkan adanya hubungan linieritas antara kerapatan dan MOE serta antara MOE lamina penyusun dengan MOE

kayu laminasi. Hubungan ini ditunjukkan dengan persamaan regresi linier yMOE = 177864xkerapatan – 32225 (R2 = 82%) dan yMOE = 1,0466xMOE lamina + 1748,5 (R2 = 95%). Kayu laminasi batang kelapa sawit memiliki MOE dan MOR lebih tinggi dari kayu utuhnya (Gambar 4 dan Gambar 5). Karakteristik LVL dari batang kelapa sawit juga juga dipengaruhi sifat-sifat finir penyusunnya. Berdasarkan penelitian Wahab et al. (2008), karakteristik LVL dari bagian tepi dan pangkal batang memiliki kerapatan dan sifat mekanis yang paling tinggi.

Gambar 4 Keteguhan lentur kayu utuh dan kayu laminasi batang kelapa sawit.

Gambar 5 Keteguhan patah kayu utuh dan kayu laminasi batang kelapa sawit. Karakteristik Kayu Laminasi dari Batang Kelapa Sawit Atmawi Darwis, Muhammad Y Massijaya, Naresworo Nugroho, Eka M Alamsyah

163

Pada berbagai posisi ketinggian, kayu laminasi 4 lapis memiliki nilai MOE dan MOR terbesar. Peningkatan nilai MOE kayu laminasi sawit 4 lapis dibandingkan kayu utuhnya cukup signifikan yaitu 62,38% (2 m), 66,56% (4 m), dan 62,72% (6 m). Jumlah lapisan kayu laminasi berbanding lurus dengan jumlah perekat yang dibutuhkan, dimana semakin banyak jumlah lapisan kayu laminasi maka jumlah perekat yang dibutuhkan juga semakin banyak. Hal ini disebabkan luas permukaan bidang rekatnya juga semakin besar. Jumlah perekat yang semakin banyak akan meningkatkan sifat kekakuan kayu laminasi karena perekat ini berperan penting dalam memperkuat kayu laminasi yang dihasilkan (Persson & Wogelberg 2011). Secara umum dapat dikatakan bahwa jumlah lamina pada suatu balok dengan dimensi yang sama, akan mempengaruhi kekakuan balok. Penambahan jumlah lamina akan menambah luas bidang rekat antar lapisan lamina tersebut sehingga dapat meningkatkan kekakuan balok (Yoresta 2014). Kayu lamina penyusun kayu laminasi yang lebih tipis cenderung meningkatkan sifat kekakuannya (Sulistyawati et al. 2008). Selain itu, karakteristik kayu laminasi juga dipengaruhi oleh karakteristik lamina penyusunnya (Yang et al. 2007). Terdapat hubungan matematis yang eksak antara sifat mekanis lentur (MOE dan MOR) kayu laminasi dengan sifat mekanis lentur lamina penyusunnya. Hubungan matematis itu telah disajikan oleh Bahtiar et al. (2010, 2011). Namun demikian, berdasarkan standar Japan Agricultural Standard for Glued Laminated: Timber Notification No. 1152 (JPIC 2007), nilai MOE dan MOR kayu laminasi batang kelapa sawit belum memenuhi standar yang mensyaratkan 164

MOE dan MOR minimum 75 x 103 kg cm-2 dan 300 kg cm-2. Sistem pelapisan juga mempengaruhi nilai kekuatan kayu. Penyusunan lamina kayu sawit menempatkan bagian yang kuat di bagian terluar seperti pada Gambar 4.1. Penelitian kayu laminasi bambu yang memiliki karakteristik struktur anatomi yang sama dengan kayu kelapa sawit yang dilakukan oleh Nugroho et al. (2001) menunjukkan bahwa pola penyusunan lapisan lamina akan mempengaruhi sifat mekanisnya. Bahtiar et al. (2014) membuktikan bahwa konfigurasi luar-luar yang digunakan untuk membuat bambu laminasi dua lapis akan memiliki MOE yang lebih tinggi daripada konfigurasi dalam-dalam dan luar-dalam. Keteguhan geser rekat kayu laminasi juga menunjukkan fenomena yang sama seperti halnya pada keteguhan lentur, kecuali pada kayu laminasi yang tersusun dua lapis. Nilai keteguhan geser rekat kayu laminasi 2 lapis lebih kecil dibandingkan kayu utuhnya, hal ini dipengaruhi keberadaan leaf trace pada kayu utuhnya. Nilai keteguhan geser rekat kayu laminasi batang kelapa sawit belum memenuhi standar Japan Agricultural Standard for Glued Laminated : Timber Notification No. 1152 (JPIC 2007) yang mensyaratkan keteguhan geser rekat minimum 54 kg cm-2 (Gambar 6). Rendahnya keteguhan geser rekat juga disebabkan oleh rendahnya kerapatan kayu laminasi batang kelapa sawit dan ditunjukkan dengan persamaan regresi linier y = 123,56x–23,184 (R² = 77%). Hubungan yang erat antara kerapatan dan nilai keteguhan geser rekat juga terjadi pada produk laminasi dari kayu tropis (Alamsyah et al. 2007). Hal ini juga ditunjukkan dengan persentase kerusakan J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol. 12 No.2 Juli 2014

kayu pada bidang geser sebesar 100% untuk semua perlakuan. Kerusakan tersebut terjadi pada jaringan parenkim kayu penyusunnya dan sebagian kecil juga terjadi pada ikatan pembuluhnya (Darwis et al. 2014)). Rasio delaminasi Kayu laminasi batang kelapa sawit tidak mengalami delaminasi baik yang

direndam dalam air dingin maupun air panas (Gambar 7). Hal ini menunjukkan bahan perekat isosianat mampu bekerja dengan baik dalam mengikat laminalamina dari batang kelapa sawit. Penelitian ini sesuai dengan penelitian tahap kedua. Rasio delaminasi kayu laminasi batang kelapa sawit telah memenuhi standar JAS (JPIC 2007) yang mensyaratkan tidak melebihi 5%.

Gambar 6 Keteguhan kayu utuh dan keteguhan geser rekat kayu laminasi batang kelapa sawit.

Gambar 7 Delaminasi kayu laminasi batang kelapa sawit a) sebelum direndam, b) setelah direndam air, dan c) setelah di oven. Angka 2, 3 dan 4 menunjukkan jumlah lamina penyusun kayu laminasi. Tanda panah menunjukkan garis rekat.


165

Tabel 2 Analisis sidik ragam karakteristik kayu laminasi batang kelapa sawit Perlakuan

Karakteristik Kayu laminasi Batang Kelapa sawit

Posisi Ketinggian F hit.

Sig.

Jumlah Lapisan F hit.

Sig.

Kombinasi Perlakuan F hit.

Sig.

Kadar Air

0,132

0,877tn

0,139

0,936tn

0,213

0,969tn

Kerapatan

947,127

0,000**

423,63

0,000**

13,22

0,000**

MOR

947,127

0,000**

3014,757

0,000**

32,203

0,000**

MOE

29449,459

0,000**

10282,074

0,000**

310,145

0,000**

177,234

0,000**

125,477

0,000**

4,930

0,002**

Keteguhan geser rekat

Keterangan: tn tidak nyata, * nyata pada taraf 5% dan ** sangat nyata pada taraf 1%

Tabel 3 Karakteristik kayu laminasi batang kelapa sawit Karakteristik Kayu Utuh dan Kayu Laminasi Batang Kelapa Sawit Ketinggian (m)

2

4

6

Jumlah Lapisan

Keteguhan geser rekat (kg cm-2)*

Kerusakan Kayu (%)

Rasio Delaminasi (%)

20,0 x 103d

18,55fg

100

0

191,5i

30,8 x 103h

15,98de

100

0

205,2j

31,2 x 103i

21,03h

100

0

KA (%)*

Kerapatan (g cm-3)*

MOR (kg cm-2)*

MOE (kg cm-2)*

1

12,47

0,32de

151,3e

2

12,38

0,34f

3

12,30

0,36g

3

4

12,33

0,38h

212,4k

32,6 x 10 j

26,45i

100

0

1

12,35

0,30c

130,2b

16,6 x 103b

14,11bc

100

0

2

12,46

0,31d

159,4f

26,1 x 103e

12,71ab

100

0

3

3

12,41

0,32e

172,6g

26,5 x 10 f

15,72d

100

0

4

12,47

0,35f

177,6h

27,6 x 103g

19,13g

100

0

1

12,39

0,23a

97,1a

10,6 x 103a

12,94ab

100

0

3

2

12,46

0,28b

130,9b

13,4 x 10 b

11,70a

100

0

3

12,39

0,30c

138,5c

15,1 x 103b

15,05cd

100

0

17,32ef

100

0

4

12,35

0,31d

141,6d

3

17,3 x 10 c

*)Angka-angka pada kolom yang sama yang diikuti oleh huruf yang sama tidak berbeda nyata pada taraf uji 5%(uji selang berganda Duncan).

Hasil uji statistik menunjukkan bahwa semua faktor perlakuan (posisi pada ketinggian batang dan jumlah lapisan kayu laminasi) serta kombinasinya menunjukkan pengaruh yang sangat nyata pada nilai kerapatan, MOE, MOR dan keteguhan geser rekat (Tabel 2). Hasil uji lanjut dengan uji selang berganda Duncan dapat dilihat pada Tabel 3.

pada batang. Kayu laminasi yang tersusun 4 lapis dengan ketebalan lamina 1,5 cm memiliki nilai kerapatan dan sifat mekanis tertinggi dibandingkan yang lainnya. Berdasarkan karakteristik kayu laminasi dari batang kelapa sawit, nilai kadar air dan rasio delaminasi kayu laminasi batang kelapa sawit umur 20 tahun yang telah memenuhi standar JAS 1152 (JPIC 2007).

Kesimpulan

Daftar Pustaka

Kayu laminasi dari batang sawit memiliki kerapatan dan sifat mekanis yang lebih baik dibandingkan kayu utuhnya pada berbagai posisi ketinggian

[BPS] Badan Pusat Statistik. 2014. Statistik Indonesia: Statistical Yearbook of Indonesia 2014. Jakarta:

166


Badan Pusat Indonesia.

Statistik

Republik

Bahtiar ET, Nugroho N, Massijaya MY, Roliandi H, Nurbaiti RA, Satriawan A. 2010. A new method to estimate modulus of elasticity and modulus of rupture of glulam I-Joist. AIP Conference Proceedings 1325. 2010, Oktober, 12-13; Bandung. USA, AIP Publishing hlm 319-322. doi: 10.1063/1.3537940. Bahtiar ET, Nugroho N, Massijaya MY, Roliandi H, Nurbaiti RA, Satriawan A. 2011. Method of estimate mechanical properties of glulam on flexure testing based on its laminae characteristics and position. Indonesian J. Physics. 22 (2):57-67. Bahtiar ET, Nugroho N, Karlinasari L, Surjokusumo S, Darwis A. 2014. Rasio ikatan pembuluh sebagai substitusi rasio modulus elastisitas pada analisa layer system pada bilah bambu dan bambu laminasi. J Tek. Sipil 21(2):147-162. Bakar ES, Rachman O, Hermawan D, Karlinasari L, Rosdiana N. 1998. Pemanfaatan batang kelapa sawit (Elaeis guineesis Jacq.) sebagai bahan bangunan dan furniture (I): Sifat fisis, kimia dan keawetan alami kayu kelapa sawit. J. Teknik. Has. Hutan 11(1):1-12. Bakar ES, Rachmat O, Darmawan W, Hidayat I. 1999. Pemanfaatan batang kelapa sawit (Elaeis guineensis Jacq.) sebagai bahan bangunan dan furnitur (II): Sifat mekanis kayu kelapa sawit. JTHH 12 (1):10-20. Bakar ES, Febrianto F, Wahyudi I, Ashaari Z. 2006. Polygon sawing: an optimum sawing pattern for oil palm stems. J Biol Sci. 6(4):744-749.

Bakar ES, Sahry MH, H’ng PS. 2008. Anatomical Characteristic and Utilization of Oil Palm Wood. Di dalam: Nobuchi T, Sahry MH. editor. The Formation of Wood in Tropical Forest Tree: A Challenge from the Perspective of Functional Wood Anatomy. Serdang: Penerbit Universiti Malaysia. Berglund L, Rowell RM. 2005. Wood Composites, Handbook of Wood Chemistry and Wood Composites. Boca Raton, Fla: CRC Press, hlm. 279-301. Bodig J, Jayne BA. 1982. Mechanics of Wood and Wood Composites. New York: Van Nostrand Reinhold. [CWC] Canadian Wood Council. 2000. Wood Reference Handbook: A Guide to The Architectural Use Of Wood In Building Contruction. Ed ke-4. Ottawa: Canadian Wood Council. Darwis A, Nurrochmat DR, Massijaya MY, Nugroho N, Alamsyah EM, Bahtiar ET, Safe’I R. 2013. Vascular bundle distribution effect on density and mechanical properties of oil palm trunk. Asian J. Plant Sci. 12(5):208213. Darwis A, Massijaya MY, Nugroho N, Alamsyah EM, Nurrochmat DR. 2014. Bond ability of oil palm xylem with isocianate adhesive. J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis.12(1):39-47. Erwinsyah. 2008. Improvement of oil palm wood properties using bioresin [disertasi]. Dresden: Institut für Forstnutzung und Forsttechnik Fakultät für Forst-, Geo- und Hydrowissenschaften Technische Universität Dresden Izekor DN, Fuwape JA, Oluyege AO. 2010. Effect of density on variations in the mechanical properties of


167

plantation grown Tectona grandis wood. Arch. Appl. Sci. Res. 2 (6):113120. [JPIC] Japan Plywood Inspection Corporation. 2007. Japanese Agricultural Standard for Glued Laminated Timber Notification No. 1152. Tokyo: JPIC. Kretschmann DE, Green DW. 1996. Modeling moisture contentmechanical property relationships for clear southern pine. Wood Fiber Sci. 28(3):320-337. Lim SC, Khoo K. 1986. Characteristic of oil palm trunk and its potential utilization. The Malaysian Forester. 49(1):3-22. Nugroho N, Ando N. 2001. Development of structural composite products made from bamboo II: fundamental properties of laminated bamboo lumber. J. Wood Sci. 47 (3):237-242. Persson M, Wogelberg S. 2011. Analytical models of pre-stressed and reinforced glulam beams: A competitive analysis of strengthened glulam beams [Tesis]. Göteborg: Chalmers University of Technology Rahayu IS. 2001. Sifat dasar vascular bundle dan parenchyma batang kelapa sawit (Elaensis guineensis) dalam kaitannya dengan sifat fisis, mekanis serta keawetan [Tesis]. Bogor: Institut Pertanian Bogor. Serrano E. 2003. Mechanical Performance and Modeling of Glulam. Di dalam: Thelandesson S, Larsen HJ, editor. Timber

168

Engineering. Madison: USDA Forest Service, Forest Products Laboratory. Shirley MB. 2002. Cellular structure of stems and fronds of 14 and 25 yearold Elaeis guineensis Jacq [Tesis]. Serdang : Universiti Putra Malaysia. Sonderegger W, Mandallaz D, Niemz P. 2008. An investigation of the influence of selected factors on the properties of spruce wood. Wood Sci. Technol. 42:281-298. Sulistyawati I, Nugroho N, Suryokusumo S, Hadi YS. 2008. Kekakuan dan kekuatan lentur maksimum balok glulam dan utuh kayu akasia. J. Tek. Sipil. 15 (3):113-121. Wahab R, Samsi HW, Mohamad A, Sulaiman O, Salim R. 2008. Properties of laminated veneer lumbers of oil palm trunks. J. Plant Sci. 3(4):255-259. Yang TH, Wang SY, Lin CJ, Tsai MJ, Lin FC. 2007. Effect of laminate configuration on the modulus of elasticity of glulam evaluated using a strain gauge method. J. Wood Sci. 53(1): 31-39.doi: 10.1007/s10086006-0818-z Yoresta FS. 2014. Studi eksperimental perilaku lentur balok glulam kayu pinus (Pinus merkusii). J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis. 12(1):33-38. Riwayat naskah (article history) Naskah masuk (received): 3 Maret 2014 Diterima (accepted): 7 Mei 2014


Pengaruh Pengukusan dan Pengempaan Panas terhadap Beberapa Sifat Kayu Jabon untuk Bahan Mebel (The Effect of Steaming and Heat-Compression on the Properties of Jabon Wood for Furniture Materials) Efrida Basri1*, Abdurachman1, Wahyu Dwianto2 1

Pusat Litbang Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan Hasil Hutan (PUSTEKOLAH), Jl. Gunung Batu 5, Bogor. 2 Pusat Penelitian Biomaterial Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia, Jl. Raya Bogor Km. 46, Cibinong Bogor. *Penulis korespondensi: [email protected] Abstract

The inferior properties of juvenile jabon wood (Anthocephalus cadamba Miq.) limit its utility. Densification through heat-compression presently conducted is possibly useful to improve its properties. Preceding heat-compression, jabon wood samples were either steamed or nonsteamed. Heat-compression temperatures were varied at 170 C, 180 C and 190 C. Compression was carried out until 20% reduction in wood thickness. Physical and mechanical properties and machining properties of the compressed wood samples were determined in accordance with standard procedures of ASTM D143-94 and ASTM D1666-64, respectively. In the present works, both of the ASTM standard referred were slightly modified. X-ray diffractometer (XRD) was used to determine crystallinity degree of wood. The result showed that either steamed or not, densification was successfully increased the properties of juvenile jabon wood and satisfied the requirement of wood for furniture raw materials. Keywords: furniture, heat pressure, steaming, wood properties, young age-jabon

Abstrak Kayu jabon muda (Anthocephalus cadamba Miq.) yang baru dipanen memiliki sifat inferior sehingga penggunaannya terbatas. Pemadatan dengan tekanan panas adalah salah satu metode untuk memperbaiki sifat kelemahan kayu. Tulisan ini mempelajari kemungkinan pemadatan kayu jabon dengan tekanan panas untuk memperbaiki sifat-sifat kayunya. Kayu jabon yang dikukus dan tidak dikukus dikempa panas dengan tiga variasi suhu yaitu 170 C, 180C dan 190C hingga tebal kayu berkurang sebesar 20%. Pengujian sifat fisis dan mekanis kayu menggunakan standar ASTM D143-94 yang dimodifikasi, sifat pemesinan dengan ASTM D1666-64 yang dimodifikasi, dan uji kristalinitas kayu dengan X-Ray Diffractometer (XRD). Hasil penelitian menunjukkan perlakuan pemadatan, baik pada contoh uji yang dikukus maupun tidak dikukus dapat memperbaiki sifat kayu jabon umur muda untuk bahan mebel. Kata kunci: jabon muda, kempa panas, pengukusan, mebel, sifat kayu

Pendahuluan Persyaratan teknis kayu untuk bahan mebel harus memenuhi SNI 01-06081989 (BSN 1989), baik dari kadar air, kekuatan, keawetan, kemudahan dalam pengerjaan dengan mesin, maupun

penampilan atau bernilai dekoratif. Berdasarkan standar tersebut, kelas kuat dan kelas awet kayu untuk bahan mebel yaitu III. Kayu sebagai bahan mebel harus memiliki dimensi yang stabil untuk meminimalisir terjadinya distorsi pada

Pengaruh Pengukusan dan Pengempaan Panas terhadap Beberapa Sifat Kayu Jabon (anthocephalus cadamba miq.) untuk Bahan Mebel Efrida Basri, Abdurachman, Wahyu Dwianto

169

komponen atau sambungannya, sehingga kekuatannya menjadi lemah (Menon & Burgess 1979, Praptoyo 2010). Jabon (Antocephalus cadamba Miq.) termasuk family Rubiaceae tumbuh baik pada jenis tanah lempung, podsolik cokelat dan alluvial lembab (Martawijaya et al. 2005). Dibandingkan jati, pertumbuhan jabon sangat cepat. Jika kondisi tanah serta lingkungan pertumbuhannya optimal maka tanaman ini bisa dipanen dalam jangka waktu 5 tahun dengan diameter batang sekitar 30 cm (Anonim 2011). Keunggulan lain dari kayu jabon terletak pada tingkat kelurusan batangnya yang sangat bagus dengan batang bebas cabang sampai 60% serta lebih tahan terhadap penyakit. Tekstur kayu jabon yang agak halus dengan arah serat lurus (kadang agak berpadu), serta tahan terhadap rayap kayu kering (Martawijaya et al. 2005), membuat kayu tersebut banyak diminati oleh industri mebel. Namun, hasil penelitian Utami (2013) menunjukkan sampai umur pohon 7 tahun porsi kayu muda (juvenile wood) kayu jabon masih 100%, sehingga kemungkinan memiliki dimensi yang tidak stabil serta pecah ujung dalam pengeringan jika menggunakan jabon yang belum memenuhi persyaratan panen. Upaya menstabilkan dimensi serta meningkatkan kerapatan dan kekuatan kayu dapat dilakukan melalui pemadatan (densifikasi) dengan kempa panas (Esteves et al. 2007). Kayu yang dipadatkan lebih kristalin, sehingga berdimensi lebih stabil dibandingkan kayu aslinya (Haygreen & Bowyer 1993, Hill 2006, Basri 2011, Hadiyane et al. 2011). Derajat kristalinitas merupakan proporsi daerah kristalin dengan total daerah kristalin dan daerah amorf pada selulosa kayu (Lee 1962, Moon et al. 2011). Semakin tinggi 170

derajat kristalinitas kayu, semakin bagus sifat-sifat kayunya (Hadiyane et al. 2011). Kerusakan ikatan H antar molekul-molekul di dalam matriks hemiselulosa-lignin agar dapat mencapai daerah kristalit mulai terjadi pada suhu 150 C. Perubahan sifat kayu yang dimodifikasi dengan perlakuan kempa panas bergantung pada kadar air, perlakuan awal dan besarnya suhu, serta sifat kayu asal atau jenis kayunya (Hill 2006). Pengempaan terhadap kayu diupayakan tidak merusak dinding sel karena akan menurunkan kekuatan kayu. Hal tersebut bisa diperoleh jika dinding sel kayu plastis sehingga mudah dipadatkan. Plastisasi dinding sel dapat dilakukan dengan perlakuan pengukusan atau perebusan sebelum kayu dipadatkan (Navi et al. 2000, Ibach 2010). Waktu pengukusan yang disarankan Ibach (2010) untuk kayu dengan kadar air 2025% adalah 15 menit cm-1 tebal kayu, sedangkan untuk kadar air lebih rendah sekitar 30 menit cm-1 tebal kayu Tulisan ini mempelajari peningkatan sifat kayu jabon umur 5 tahun dengan pemadatan melalui perlakuan pengukusan dan pengempaan pada beberapa kondisi perlakuan. Sifat kayu yang diteliti meliputi beberapa karakter yang berhubungan dengan persyaratan pemakaian kayu untuk mebel yang penempatannya di dalam ruangan (indoor). Bahan dan Metode Bahan Bahan yang digunakan adalah kayu jabon umur 5 tahun dari hutan rakyat di Jawa Barat. Ukuran diameter batang setinggi dada berkisar antara 27–30 cm dan tinggi batang bebas cabang 6–7 m. Pengambilan contoh dilakukan seperti pada skema Gambar 1. J. Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis Vol. 12 No.2 Juli 2014

Metode Penelitian Contoh uji kayu yang dipadatkan dan kontrol berukuran 2,5 cm (tebal) x 10 cm (lebar) x 30 cm (panjang) dibuat dari papan tangensial. Prosedur pembuatan contoh uji maupun pengujian sifat fisik dan mekanis kayu mengacu pada ASTM D143-94 (ASTM 2006) yang dimodifikasi dan sifat pemesinan kayu pada ASTM D1666-64 (ASTM 1981) yang dimodifikasi sesuai kondisi bahan dan peralatan yang tersedia (Supriadi dan Rachman 2003). Ukuran contoh uji untuk sifat fisis kayu 2,5 (tangensial/T) x 2,5 (radial/R) x 3 cm (longitudinal/L) dan sifat mekanis kayu 2,5 (T) x 2,5 cm (R) x 30 cm (L), sedangkan sifat pemesinan 2,5 cm (tebal) x 10 cm (lebar) x 30 cm (panjang) sesuai ukuran kayu yang dipadatkan. Cacat pemesinan kayu yang diamati mencakup cacat pembentukan, pemboran, dan pembubutan. Jumlah contoh uji untuk setiap perlakuan 3 buah. Contoh uji untuk semua perlakuan dikeringkan bersama-sama dalam dapur pengering kombinasi tenaga surya dan panas tungku pada suhu 40–60 oC secara

bertahap sampai kayu mencapai kadar air 25% untuk perlakuan pemadatan dan 10% untuk kontrol. Berikutnya, contoh uji dikelompokkan untuk perlakuan dikukus dan tidak dikukus. Pengukusan dilakukan pada suhu 125 C selama 40 menit. Pemadatan contoh uji menggunakan tekanan 25 kg cm-2 dengan 3 perlakuan suhu kempa, yaitu 170 C, 180 C, dan 190 C sampai tebal contoh uji berkurang sebesar 20%. Semua contoh uji yang telah dipadatkan, ditimbang berat dan diukur dimensi lebar dan tebalnya, kemudian disimpan dalam ruangan yang lembab (Rh ±80%) selama 1 bulan. Selanjutnya, contoh uji diamati sifat fisis, mekanis, kualitas pemesinan, perubahan permukaan fisik kayu (warna dan kehalusan permukaan) secara visual, dan derajat kristalinitas kayu. Uji kristalinitas kayu menggunakan X-Ray Diffractometer (XRD). Kualitas pemesinan kayu yang dipadatkan diklasifikasi berdasarkan persentase nilai bebas cacat dari tiga cacat yang diamati (Tabel 1).

Arah pengempaan Contoh uji papan berukuran 2,5x10x30 cm

A

Penampang log kayu jabon

B

A Gambar 1 Skema pengambilan contoh uji (A) dan arah pengempaan (B).


171

Tabel 1 Nilai bebas cacat dan klasifikasi sifat pemesinan Nilai bebas cacat (%) 0 - 20 21 - 40 41 - 60 61 - 80 > 80

Kelas V IV III II I

Kualitas pemesinan Sangat buruk Buruk Sedang Baik Sangat baik

Sumber: Supriadi dan Rachman (2003)

Rancangan percobaan dan analisis data Data sifat fisis dan mekanis diolah dengan bantuan program SAS 612. Untuk menelaah data kedua sifat kayu tersebut (kerapatan, berat jenis, pengembangan tebal, kadar air setimbang, keteguhan lentur dan keteguhan tekan mutlak) dari berbagai perlakuan (masing-masing perlakuan 3 ulangan), digunakan rancangan acak lengkap dengan model linier : Yijk = u + Ti +Eij di mana: Yij = sifat fisis/mekanis kayu yang dipadatkan pada perlakuan (T) ke I dan ulangan ke j; T1-3 = suhu 170 oC, dikukus);

180 oC, 190 oC (tanpa

T4-6 = suhu 170 oC, 180 oC, 190 oC (dikukus); T7

= 172 kontrol (hanya dikeringkan secara konvensional)

Jika pengaruh perlakuan nyata terhadap sifat fisis-mekanis kayu jabon yang dipadatkan, maka penelaahan dilanjutkan dengan uji beda nyata jujur (BNJ) atau uji Tukey (Snedecor & Cochran 1980). Hasil dan Pembahasan Sifat fisis Pemadatan kayu dikatakan berhasil apabila dapat meningkatkan nilai kerapatan dan berat jenis (BJ) kayu, serta menurunkan pengembangan tebal dan kadar air kesetimbangan kayu. Pada

172

Tabel 3, tampak kerapatan dan BJ jabon yang dipadatkan pada suhu kempa 170– 180 C, baik pada contoh uji dikukus maupun tidak dikukus meningkat antara 17-43% (rata-rata 26%) atau 1,4 kali dibandingkan dengan kayu kontrol, kemudian menurun dengan penambahan suhu kempa 190 oC. Meskipun terjadi penurunan nilai kerapatan dan BJ kayu terpadatkan ketika suhu kempa dinaikkan 190 oC, namun nilainya masih lebih tinggi dibandingkan kayu tanpa dipadatkan. Peningkatan nilai kerapatan kayu jabon yang dipadatkan sudah sesuai dengan hasil yang dikeluarkan oleh Forest Products Laboratory USA (FPL 1999) yaitu meningkat 1,25–1,40 kali dibandingkan dengan kerapatan kayu tanpa dipadatkan. Di samping kerapatan dan BJ kayu meningkat, warna kayu jabon yang dipadatkan juga berangsurangsur bertambah gelap dengan penambahan suhu kempa dari 170 C, 180 C, dan 190 C (Gambar 1). Kerapatan kayu yang dipadatkan bertambah terkait dengan berkurangnya porositas kayu karena dinding sel kayu satu dengan lainnya saling merapat akibat melunaknya lignin. Menurut Takahashi et al. (1998), pelunakan kayu terjadi pada dua tahap, yaitu pada suhu sekitar 80 C dan 180 C. Dijelaskan oleh Tabarsa (2002) dalam Hadiyane (2011), pelunakan lignin terjadi saat tercapai suhu transisi gelas (Tg) lignin sebesar 83 C, berikutnya terjadi dekomposisi hemiselulosa di dinding sel menjadi monomer gula pada suhu sekitar J. Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis Vol. 12 No.2 Juli 2014

180 oC. Pada kondisi tersebut, terjadi relokasi lignin dari dalam ke permukaan dan mengisi ruang matriks kayu serta degradasi selulosa dan hemiselulosa, sebagaimana dibuktikan dari hasil analisa kimia kayu yang dipadatkan (Basri 2011, Hadiyane et al. 2011). Hal ini menyebabkan kayu jabon yang dipadatkan meskipun warnanya lebih gelap, namun teksturnya lebih halus, permukaan kayu lebih mengkilap dan ketika diraba lebih licin. Kayu jabon hasil pemadatan dengan kempa panas juga lebih padat karena selulosa kristalinnya bertambah, sebagaimana dibuktikan dengan kenaikan derajat kristalinitas kayu dari rata-rata 48,6% (kayu asli) menjadi 54,3% (kayu terpadatkan). Dibandingkan dengan kayu yang tidak dikukus, sifat fisis kayu yang dikukus pada suhu 180 C selama 40 menit sebelum dipadatkan sedikit lebih baik. Menurut Koshima dan Watanabe (2003) dalam Suhasman et al. (2009), kehadiran uap air di dalam dinding sel kayu dapat membantu mempercepat proses plastisasi lignin, sehingga sewaktu mengempa kayu yang dikukus dimensinya cenderung tidak mengembang lagi. Berkurangnya higroskopitas

atau kemampuan kayu mengeluarkan dan menyerap air ke lingkungan merupakan salah satu faktor penting untuk menjaga kualitas mebel kayu, terutama yang akan ditempatkan pada ruang berpendingin atau berpemanas. Hasil analisis keragaman menunjukkan bahwa perbedaan perlakuan nyata berpengaruh terhadap sifat fisis kayu jabon, meskipun hasil uji lanjutannya perbedaan tersebut hanya pada kayu yang dipadatkan dan kontrol (Tabel 2). Secara keseluruhan sifat fisis kayu jabon yang dipadatkan (baik yang dikukus ataupun tanpa kukus, juga pada selang suhu 170–190 C) cenderung lebih baik dibandingkan sifat fisis kayu jabon asli (kontrol). Sifat mekanis Salah satu faktor yang mempengaruhi sifat mekanis kayu adalah BJ kayu (Oey, 1991). Oleh karena itu kayu yang dipadatkan umumnya memiliki sifat mekanis lebih baik dibandingkan kayu asli. Pada penelitian ini, kayu jabon yang dipadatkan menggunakan suhu kempa 170-190 oC dapat menaikkan nilai keteguhan lentur dan keteguhan tekannya (Tabel 3).

Tabel 2 Nilai rata-rata sifat fisis kayu jabon yang dipadatkan, diikuti dengan hasil uji jarak beda nyata jujur Perlakuan awal Kontrol Tanpa kukus

Kukus

Suhu kempa (oC)

Kerapatan (g cm-3)

Berat jenis

Pengembangan tebal (%)

170 180 190 170 180 190

0,34b 0.47a 0.47a 0.44a 0.48a 0.49a 0.47a

0,30b 0,40a 0,40a 0,38a 0,42a 0,43a 0,41a

3,0b 2,5a 1,9a 1,9a 1,5a 1,4a 1,4a

Kadar air setimbang ( %) 15,8b 11,9a 11,0a 11,0a 10,4a 10,2a 9,2a

Keterangan Angka yang diikuti huruf sama tidak berbeda nyata [a>b]


173

170OC Kontrol

180OC

190OC

Pemadatan

Gambar 1 Kayu jabon hasil pemadatan dan kontrol. Hal ini diduga sewaktu permukaan kayu dikenai tekanan dan panas, molekul selulosa pada daerah amorf mengkristal ataupun terjadi perekatan mikrofibril oleh lignin yang meleleh dan kemudian mengeras pada suhu kamar, sehingga kayu menjadi lebih padat dan kokoh. Pengukusan pada suhu 180 C selama 40 menit sebelum kayu dipadatkan juga menghasilkan sifat mekanis kayu jabon yang dipadatkan lebih baik disbandingkan kayu tanpa dikukus. Hasil uji BNJ (Tabel 3) menunjukkan perlakuan kukus maupun tanpa kukus dan penggunaan suhu kempa 170–190 C, tidak berpengaruh terhadap sifat mekanis kayu. Secara keseluruhan sifat mekanis kayu jabon yang dipadatkan (baik yang dikukus ataupun tanpa kukus pada 170– 190 oC) cenderung lebih baik dibandingkan kontrol. Berdasarkan spesifikasi

kelas kuat kayu yang berlaku di Indonesia (Oey 1990), kekuatan kayu jabon terpadatkan naik dari kelas kuat IV (kayu asli) menjadi kelas kuat III. Pemesinan Persentase nilai bebas cacat pada kegiatan pembentukan, pemboran, maupun pembubutan kayu jabon yang dipadatkan lebih tinggi dibandingkan kayu asli (kontrol), namun jika mengacu pada klasifikasi sifat pemesinan kayu Indonesia (Supriadi & Rachman 2003), kualitas pemesinan kedua tipe kayu tersebut sama-sama kelas II, kecuali kualitas pemboran (Tabel 4). Meskipun begitu, permukaan fisik kayu jabon yang dipadatkan lebih baik dibandin-gkan permukaan fisik kayu tanpa dipadatkan (kayu asli).

Tabel 3 Nilai rata-rata sifat mekanis kayu jabon yang dipadatkan, diikuti dengan hasil uji jarak beda nyata jujur Keteguhan tekan mutlak (kg cm-2) 304b

Kelas kuat 1

-

Keteguhan lentur mutlak (kg cm-2) 544d

170 180 190 170 180 190

668bc 762ab 738abc 720abc 790a 766ab

355a 370a 340a 366a 382a 365a

III III III III III III

Perlakuan awal

Suhu kempa ( oC)

Kontrol (Control) Tanpa kukus (Non-steaming) Kukus (Steaming)

IV

Keterangan : 1)Klasifikasi kelas kuat kayu mengacu pada Oey (1990). Angka yang diikuti huruf sama tidak berbeda nyata [a>b>c.d]

174

J. Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis Vol. 12 No.2 Juli 2014

Tabel 4 Nilai bebas cacat sifat pemesinan (%) dan kelas kualitas pemesinan Perlakuan

Nilai bebas cacat (%) (Kualitas pemesinan) Pembentukan Pemboran Pembubutan

Kontrol

67 (II)

56,5 (III)

67,5 (II)

Pemadatan

74 (II)

60 (III)

76 (II)

Keterangan: Kelas II= Baik III= Sedang

Berdasarkan data sifat fisis, mekanis, pemesinan, maupun nilai keindahan kayu menunjukkan kayu jabon umur 5 tahun yang dipadatkan pada suhu minimal 170 oC, baik dengan maupun tanpa perlakuan kukus telah memenuhi kriteria SNI 01-0608-1989 (BSN 1989) untuk kayu mebel. Kesimpulan Perlakuan pemadatan kayu jabon umur 5 tahun dengan kempa panas, baik diawali dengan proses pengukusan maupun tanpa pengukusan dapat meningkatkan sifat fisis dan mekanisnya. Tampilan permukaan kayu yang dipadatkan indah, halus dan licin, sekalipun warnanya lebih gelap. Penggunaan suhu kempa 170– 180 C pada proses pemadatan menaikkan nilai kerapatan dan berat jenis kayu berturut-turut dari 0,34 g cm-3 menjadi 0,47 g cm-3 dan 0,30 menjadi 0,41, sebaliknya menurunkan pengembangan tebal dan kadar air setimbang berturut-turut dari 2,5% menjadi 1,8% dan 15,8% menjadi 10,6%. Sifat mekanis kayu yang dipadatkan: keteguhan lentur mutlak naik dari 544 kg cm-2 ke 741 kg cm-2 dan keteguhan tekan mutlak naik dari 304 kg cm-2 ke 363 kg cm-2. Berdasarkan spesifikasi kelas kuat kayu yang berlaku di Indonesia, maka kekuatan kayu jabon terpadatkan naik dari kelas kuat IV (kayu asli) menjadi kelas kuat III. Berdasarkan

persyaratan SNI untuk kayu mebel, jabon umur 5 tahun yang dipadatkan pada suhu minimal 170  C, baik yang dikukus maupun tidak dikukus sudah memenuhi persyaratan sebagai bahan baku mebel. Ucapan Terima Kasih Penulis mengucapkan terima kasih kepada Prof. Ris. Dr. Gustan Pari MSi. yang turut memberikan masukan. Daftar Pustaka [ASTM] American Standard for Testing Materials. 1981. Standard Method of Conducting Machining Test of Wood and Wood Based Materials: ASTM D1666-64. Annual Book of ASTM Standards, Part 22. Philadelphia: ASTM. [ASTM] American Standard for Testing Materials. 2006. Standard Method of Testing Small Clear Specimen of Timber D143-94 (modifikasi). Annual Book of ASTM Standards, Vol. 0410 (Wood). Philadelphia: ASTM. Basri E. 2011. Kualitas kayu waru gunung (Hibiscus macrophyllus Roxb.) pada tiga kelompok umur dan sifat densifikasinya untuk bahan mebel. [Tesis]. Yogyakarta: Universitas Gadjah Mada. Esteves B, Domingo I, Pereira H. 2007. Improvement of technological quality


175

of eucalypt wood by heat treatment in air at 170-200ºC. For. Prod. J. 57 (1/2):47-52. [FPL] Forest Products Laboratory. 1999. Wood Handbook. Forest Product Laboratory. USDA For. Serv. Agricultural Handbook 72. Madison: USDA. Hadiyane A, Coto Z, Wahyudi I, Febrianto F, Pari G. 2011. Perubahan komponen kimia kayu terpadatkan secara parsial. Prosid. Sem. Nas. MAPEKI XIV, Yogjakarta 6-7 November 2011. Yogjakarta: MAPEKI. Pp 911-915. Haygreen JG, Bowyer JL. 1993. Hasil Hutan dan Ilmu Kayu: Suatu Pengantar. Sutjipto Hadikusumo, penerjemah. Yogjakarta: Gajah Mada Univ. Press. Terjemahan dari Forest Products and Wood Science. Hill C. 2006. Wood Modification: Chemical, Thermal, and Other Processes. School of Agricultural & Forest Sciences. London: John Wiley & Sons, Ltd. Pp.239. Ibach RE. 2010. Specialty Treatments.Wood Handbook Chapter 19. Forest Products Laboratory. Madison: USDA. Lee CL. 1962. Cristallinity of wood cellulose fibers studies by X-Ray methods. For. Prod. J. 11: 108 – 112. Martawijaya A, Kartasujana I, Mandang YI, Prawira SA, Kadir K. 2005. Atlas Kayu Indonesia Edisi II.. Bogor: Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan. Menon PKB, Burgess HJ. 1979. Malaysian Timbers for Furniture. Revised by H.C. Sim. Timber Research Officer. Kepong: Forest Research Institute. 176

Moon RJ, Martini A, Nairn J, Simonsenf J, Youngblood J. 2011. Cellulose nanomaterials review: structure, properties and nanocomposites. Chem. Soc. Rev. 40:3941–3994. Navi P, Girardet F, Heger F. 2000. Thermo-hydro-mechanical post treatments of densified wood. In: P D. Evans. Proceed. of 5th Bio-Based Composites Symposium in Canberra, December 10-13, 2000. Canbera: The Australian National University. Oey DS. 1990. Berat Jenis dari JenisJenis Kayu Indonesia dan Pengertian Beratnya Kayu untuk Keperluan Praktek.Pengumuman No. 1. Bogor: Pusat Litbang Hasil Hutan. Praptoyo H. 2010. Pengenalan Sifat Dasar Kayu untuk Mebel dan Kerajinan. Dalam Peningkatan Kualitas Mebel dan Kerajinan Kayu Ekolabel. Yogjakarta: Pusat Pendidikan dan Pelatihan THH Fahutan UGM dan Cakrawala Media Yogyakarta. Snedecor GW, Cochran WG. 1980. Statistical Methods. 5th edition. Ames: IOWA State Univ. Press. [BSN] Badan Standardisasi Nasional. 1989. Kayu untuk Mebel, Syarat Sifat Fisik dan Mekanik. SNI 01-06081989. Jakarta: BSN. Suhasman S, Sadiyo S, Coto Z. 2009. Perbaikan karakteristik kayu kelapa hibrida melalui metode pemanasan dan pemadatan. J. Perennial 5 (1): 18. Supriadi A, Rachman O. 2003. Hubungan sifat pemesinan dengan berat jenis dan jumlah pori empat jenis kayu kurang dikenal asal Kalimantan Timur. Bul. Penelit. Has. Hutan 21(2): 175-188.

J. Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis Vol. 12 No.2 Juli 2014

Takahashi K, Marooka T, Norimoto M. 1998. Thermal softening of wet wood in the temperature range of 0 – 200 o C. Bull. Wood Research Insti. 78-80. Utami NG. 2013. Penentuan masa transisi kayu juvenil ke kayu dewasa pada bagian tengah batang sengon

(Falcataria moluccana (Miq). B. Grimes) dan jabon (Anthocephalus cadanba Miq.). [Skripsi]. Bogor: IPB. Riwayat naskah (article history) Naskah masuk (received): 24 Februari 2014 Diterima (accepted): 5 April 2014


177

Characteristics of Soda Pulp from Distilled Vetiver Root Firda A Syamani1*, Subyakto1, Sukardi2, Ani Suryani2 1

2

Research Center for Biomaterials, Indonesian Institute of Sciences, Department of Agro-Industrial Technology, Faculty of Agricultural Engineering and Technology, Bogor Agricultural University (IPB), 16680 Indonesia Corresponding author : [email protected] Abstract

Cellulose was commonly extracted from wood and other lignocellulosic materials such as leaf, straw, bast, or grass. There is no report found on extraction of cellulose from root plant yet. Industrially, the root of vetiver is distilled to obtain its essential oil. In this study, the distilled vetiver root was soda pulped and the resulted pulp was characterized by the use of X-ray diffraction and FT-IR spectroscopic methods. Response surface methodology with central composite design was used to investigate the influence of delignification on the chemical properties of pulp. Soda pulping was carried out at 160 – 180 oC for 1 – 3 hrs with 20 – 40% of alkali charge. Severe process conditions were required to achieve a significant degree of delignification. Pulping at 180 oC for 3 hours with alkali charge of 40% decreased the lignin content of pulp from 39.53% to 4.47%. Keywords: FT-IR analysis, soda pulping, vetiver root, X-ray diffraction

Abstrak Umumnya, selulosa diekstrak dari kayu atau bahan ber-lignoselulosa, seperti daun, kulit batang atau rumput. Laporan mengenai selulosa yang diekstrak dari bagian akar tanaman masih terbatas. Akar tanaman akarwangi (Vetiveria zizanioides L.) mengandung minyak atsiri. yang diperoleh dengan cara distilasi uap dan menyisakan ampas akarwangi. Pada penelitian ini ampas akarwangi diolah menjadi pulp menggunakan proses soda. Pulp soda ampas akarwangi kemudian dikarakterisasi kristalinitas dan gugus fungsionalnya menggunakan difraksi sinar X and FT-IR. Metode statistik Respon Permukaan dengan desain komposit terpusat digunakan untuk mengetahui pengaruh kondisi proses delignifikasi (suhu 160-180oC, waktu 1-3 jam dan alkali aktif 20-40%) selama proses pulping terhadap sifat kimia pulp soda ampas akarwangi. Untuk mendapatkan memperoleh tingkat delignifikasi yang nyata, dibutuhkan kondisi pulping yang cukup ekstrim. Setelah proses pulping pada suhu 180oC, alkali aktif 40%, selama 3 jam, kandungan lignin dalam pulp soda ampas akarwangi berkurang dari 39,53% menjadi 4,47%. Kata kunci: akarwangi, analisis FT-IR, difraksi sinar X, pulping soda.

Introduction Indonesia is a producer of essential oil from vetiver root (Vetiver zizaniodes). The distillation process of vetiver roots set aside a large quantities of distilled vetiver root. Based on 2,316 hectare of vetiver plantations in Garut Regency (center of vetiver plantation in Indonesia), productivity of 10 tonnes vetiver root/ha/yr and vetiver oil yield of 178

0.7%, there would be approximately 23,017 tonnes/yr of distilled vetiver root. These distilled vetiver roots are lignocellulosic materials that contain 30.33% of cellulose (Syamani et al. 2013). In the cell wall of lignocellulosic plant, cellulose is the main constituent and is organized into fibrils, which are surrounded by a matrix of lignin and J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol. 12 No.2 Juli 2014

hemicellulose. This material is a linear polymer of anhydroglucose units, in form of alpha-cellulose, beta-cellulose and gamma-cellulose, based on its degree of polymerization (Horvath 2006). An aqueous solution of acetic acid and sodium chlorite (acid-chlorite delignification) is the most popular and established laboratory method for the removal of lignin from biomass (Hubbell & Ragauskas 2010). Nevertheless, the organochlorite that was produced during delignification contaminated environment. Many researchers are trying to employ less harmfull chemical in delignification process and studying the extraction of cellulose fibers from wood and other lignocellulosic materials such as leaf, straw, bast, or grass (Hubbell & Ragauskas 2010, Cherian et al. 2010, Zaini et al. 2013, Nuruddin et al. 2011, Rosli et al. 2013). There is no report on cellulose extracted from root plant, yet. In this study, we investigated delignification of distilled vetiver root by soda pulping and characterized soda pulp of vetiver root by using X-ray diffraction and FT-IR spectra. Materials and Methods Distilled vetiver roots were obtained from essential oil industry in Garut Regency, West Java, Provence of Indonesia. The vetiver roots were washed several times, sun-dried and cut into ± 2 cm length, then cooked in digester to produce vetiver pulp. The cross section and element of undistilled and distilled vetiver root were analyzed by scanning electron microscope/energy dispersive spectroscope (SEM/EDS) JEOL JSM 6510, operated at 15 kV. Samples were coated with gold using a vacuum sputter-coater to improve conductivity of the samples and thus the quality of the SEM images. Characteristics of Soda Pulp from Distilled Vetiver Root Firda A Syamani, Subyakto, Sukardi, Ani Suryani

Experimental process

design

on

pulping

Response surface methodology was utilised to optimise the delignification by pulping process and a central composite design (CCD) was adopted. The central combination for the experimental design was as follows: pulping temperature T=170 oC, pulping-time-at-temperature t=2 hours and soda concentration or alkali charge (AC) = 30%, with variable of 160 – 180 oC, 1 to 3 hours and 20 to 40%, respectively. All pulping trials were carried out in batch rotary digester with 4 oC min-1 of heating rate. The pulping process (cooking) was carried out at liqour-tomaterial ratio of 8:1. After cooking, the pulps was washed several times until neutralised. Pulp characterization The pulp chemical component content was determined following the TAPPI methods as T 204 om-88 for extractive content, T 222 om-88 for lignin content, and T 203 om-93 for alpha cellulose content, with slightly modification. The procedure to determine hollocellulose content was according to Wise’s chlorite method. XRD measurements were performed on a Shimadzu XRD7000 MAXima X-ray diffractometer to analyze pulp crystallinity. The diffracted intensity of Cu K radiation (λ= 0.1542 nm; 40 kV and 30.0 mA) was measured in a 2θ range between 10 and 40. The FT IR ABB was used to analyze chemical structure of vetiver pulp component. The analysis was run using the KBr pellet technique. The KBr pellets of samples were prepared by mixing 2 ± 0.05 mg of pulp sample with 200 mg KBr (spectroscopy grade) in a 179

vibratory ball mixer for 20 s. The KBr pellets were prepared under vacuum in a standard device under a pressure of 80 kN cm–2 for 3 min to form pellet with diameter and thickness of 13 mm and 0.5 cm, repectively. The spectral resolution was 4 cm–1 and the scanning range was from 400 to 4000 cm–1. Results and Discussion Cross section morphology of vetiver root fiber As lignocellulosic materials, vetiver roots contain cellulose, hemicellulose and lignin in its cell wall. The vetiver grass has a long (3–4 m), massive and complex root system. It is grown for soil conservation, water conservation and stabilization. Volatile extracts of vetiver

roots are used in the perfume, soap and related industries. After oil extraction, 98% of the starting material remains, leaving huge amounts of residues which are not used as industrial material, but burnt in fields or at the road side (Gaspard 2006). As shows at Figure 1, vetiver root morphology contructs hollow tube, with cortex and vascular tissue. The two main components of vascular tissue are the xylem and phloem. Distillation during vetiver oil extraction was done at temperature of 120 C for 16 hours, caused vetiver fiber cracking (Figure 2). The cracking began from pith of vetiver fiber, then splitted fiber into 4 fragments.

Figure 1 Scanning electron micrographs of vetiver root cross section (100x magnification); (a) xylem, (b) phloem, (c) parenchyma (2000x magnification).

180


Figure 2 Scanning electron micrographs of distilled vetiver root fiber cross section. Vetiver root can uptake and accumulate Pb up to 3000 mg kg-1 dry weight without affecting its growth (Andra et al. 2010). Vetiver root from Garut Regency in West Java, Indonesia contained 8.35% of Pb element or 15.96% of PbO (Table 1). In vetiver root, Pb was deposited in cortex and pith (Andra et al. 2009) and did not chemically attached to vetiver component. During distillation, Pb was taken out from vetiver root. It confirmed by EDS analysis that distilled vetiver did

not contain Pb in form of element or compound. Chemical analysis of vetiver pulp Delignification of vetiver roots was done by studying the responses of pulp properties to the process variables. Lignin dissolved during delignification. In that case, the chemical agent used in this study (NaOH) was the only variable that has direct impact on the chemical properties of resulting pulp. The results for soda pulping of vetiver roots are summarized in Table 2.

Table 1 Component and oxide compound in vetiver fiber Element % Mass Oxide compound % Mass C 44.61 O 45.51 Undistilled vetiver K 1.51 K2O 16.09 Pb 8.36 PbO 15.96

Distilled vetiver

C O Al Si

Characteristics of Soda Pulp from Distilled Vetiver Root Firda A Syamani, Subyakto, Sukardi, Ani Suryani

53.48 41.94 4.15 0.43

Al2O3 SiO2

14.02 1.49

181

Table 2 Lignocelulosic component of vetiver pulp No

Pulping variables Temperature Time Alkali Charge (oC) (min) (%)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

160 180 160 180 160 180 160 180 153 187 170 170 170 170 170 170 170

60 60 180 180 60 60 180 180 120 120 19 221 120 120 120 120 120

20 20 20 20 40 40 40 40 30 30 30 30 13 47 30 30 30

Lignin content in distilled vetiver root was 39.53% (Syamani et al. 2013). After pulping with alkali charge of 40% for 180 min at 180 C, lignin content decreased to 4.47%. Statistical analysis on the pulping variables interaction shows that temperature or time of pulping had no significant effect on the pulp lignin content at all levels of alkali charge. FTIR analysis IR spectroscope has been employed to determine delignification of vetiver soda pulp. Natural lignin contain the following functional groups: metoxyl, phenolic hydroxyl, primary and secondary aliphatic hydroxyl, ketone and aldehyde groups. Depending on method of isolation and chemical treatment, new functional groups that are not present in natural lignin, may appear (Bykov 2008). The infrared spectra of lignin present peaks in the range 1200-1300 cm-1 corresponding to the aromatic skeletal vibration. In addition, due to the presence of functional groups such as 182

Extractive (%) 1.93 1.96 2.01 1.96 1.48 1.94 1.72 1.96 1.66 2.20 1.48 1.79 2.81 1.87 2.44 1.50 1.62

Responses Holocellulose Lignin (%) (%) 61.34 68.67 81.28 69.40 85.71 93.76 90.56 91.89 76.85 91.68 84.04 89.38 51.49 91.82 90.79 89.13 89.47

32.05 27.56 13.81 25.54 11.73 9.25 6.32 4.47 19.20 5.29 13.24 8.36 40.49 4.74 5.96 8.71 8.88

Cellulose (%) 52.87 61.44 72.18 61.35 75.70 84.68 79.12 82.56 58.33 81.11 73.36 80.04 44.76 81.93 81.82 78.56 79.35

methoxyl-O-CH3, C-O-C and aromatic C=C, peaks in the region between 1830 cm-1 and 1730 cm-1 were also observed. The peak presents at 1730-1740 cm-1 in the spectrum corresponding to the presence of C=O lingkage, which is a characteristic of lignin groups (Owen & Thomas 1989). The enhanced carbonyl absorption peak at 1735 cm-1 (C=O ester), C–H absorption at 1381 cm-1 (–C–CH3), and – C–O– stretching band at 1242 cm-1 confirmed the formation of ester bonds. Also, it is evidenced an increase in the intensity of OH in plane bending vibration at 1385 cm–1 band specific to the wood components, cellulose and hemicelluloses (Bykov 2008). Every lignin IR spectrum has a strong wide band between 3000-3500 cm-1 assigned to OH stretching vibrations. This band is caused by presence of alcoholic and phenolic hydroxyl groups involved in hydrogen bonds (Bykov 2008). The enhanced O–H absorption band at 3348 cm-1 and 2901 cm-1 (Figure 3) were


observed, indicated that the hydroxyl group contents in vetiver soda pulp were increased after pulping reaction. Peak at 2361 cm-1 was observed on spectra from vetiver soda pulp produced by pulping at alkali charge 20% though with different pulping temperature 160C (pulp a) and 180 C (pulp c), then was disappeared on spectra of vetiver soda pulp produced at alkali charge 40% (pulp b and pulp d). The band in the 2700 – 2200 cm-1 region is the ammonium band (Silverstein et al. 2005). In particular, the peak of 2361 cm-1 corresponds to a azide bond, which is the anion with formula NH3- (Kshirsagar et al. 2013). The root of vetiver absorp some nitrogen compounds from fertilizer and detected in vetiver pulp which was cooked at alkali charge of 20%. While vetiver pulp from pulping process at alkali charge of 40% has no nitrogen element anymore.

X-ray diffraction analysis X-ray diffraction analysis was conducted to determine vetiver soda pulp crystallinity. Vetiver soda pulp that was produced by pulping at temperature 160 C for 60 min and alkali charge of 20% and 40%, indicated crystallinity of 32.58 -47.55%, respectively. While vetiver soda pulp that was produced by pulping at temperature 180 C for 60 min and alkali charge of 20% and 40%, showed crystallinity of 34.83%, 49.00%, respectively. Temperature of pulping had no significant effect on the pulp crystallinity. However, alkali charge of pulping had significant effect. Vetiver soda pulp crystallinity was higher at higher alkali charge of pulping. The higher alkali charge of pulping, the more lignin dissolved from vetiver root and delivered the more cellulose and thus pulp crystallinity.

Figure 3 FTIR analysis of vetiver pulp from varied temperature, time and alkali charge pulping condition: (a) 160 C, 60 min, AC 20%; (b) 160 C, 60 min, AC 40%; (c) 180 C, 60 min AC 20%; (d) 180 C, 60 min, AC 40%.


183

a

b c

d

Figure 4 XRD analysis of vetiver pulp from varied temperature, time and alkali charge pulping condition: (a) 160 C, 60 min, AC 20%; (b) 160 C, 60 min, AC 40%; (c) 180 C, 60 min AC 20%; (d) 180 C, 60 min, AC 40%. Conclusions Distillation at 120 C for 16 hours during vetiver oil extraction caused vetiver fiber cracking and removed Pb out of vetiver root. Statistical analysis on the pulping variables interaction effects shows that NaOH was the only variable that has direct impact on the chemical properties of resulting pulp. Severe pulping condition (180 oC and alkali charge of 40% for 3 hours) need to be employed for vetiver root delignification from 39.53 - 4.47%. FTIR spectras show chemical compound alteration due to soda pulping. Vetiver soda pulp crystallinity was higher at higher alkali charge pulping. References Syamani FA, Astari L, Subyakto, Sukardi, Suryani A. 2013. Characteristics of strands and pulp from oil palm fronds and vetiver roots. In: Dwianto W, editor. Proceeding of the 2nd International Symposium for Sustainable 184

Humanosphere; Bandung, August 29, 2012. Cibinong: Research and Development Unit for Biomaterials LIPI. Pp 1-7. Horvath AL. 2006. Solubility of structurally complicated materials: I. wood. J. Phys. Chem. Ref. Data. 35 (1):77-92. Hubbell CA, Ragauskas AJ. 2010. Effect of acid-chlorite delignification on cellulose degree of polymerization. Bioresour. Technol. 101: 7410–7415. Cherian BM, Leao AL, de Souza SF, Thomas S, Pothan LA, Kottaisarmy M. 2010. Isolation of nanocellulose from pineapple leaf fibres by steam explosion. Carbohydr. Polym. 81: 720–725. Zaini LH, Jonoobi M, Tahir P Md, Karimi S. 2013. Isolation and Characterization of Cellulose Whiskers from Kenaf (Hibiscus cannabinus L.) Bast Fibers. J. Biomater. Nanobiotechnol. 4:37-44.


Nuruddin M, Chowdhury A, Haque SA, Rahman M, Farhad SF, Sarwar JM, Quaiyyu A. 2011. Extraction and characterization of cellulose microfibrils from agricultural waste in an integrated biorefinery initiative. Cellul. Chem. Technol. 45(5-6): 347354. Rosli NA, Ahmad I, Abdullah I. 2013. Isolation and characterization of cellulose nanocrystals from Agave angustifolia fibre. BioResources. 8 (2): 1893-1908. Gaspard S, Altenor S, Dawsonc EA, Barnes PA, Ouensanga A. 2006. Activated carbon from vetiver roots: Gas and liquid adsorption studies. J. Hazard. Mater. 44(1-2):73-81. doi:10.1016/j.jhazmat.2006.09.089. Andra SS, Datta R, Sarkar D, Saminathan SKM, Mullens CP, Bach SBH. 2009. Analysis of phytochelatin complexes in the lead tolerant vetiver grass [Vetiveria zizanioides (L.)] using liquid chromatography and


mass spectrometry. Environ. Pollut. 157:2173–2183. Bykov I. 2008. Characterization of natural and technical lignins using FTIR spectroscopy [Thesis]. Lulea: Lulea University of Technology. Owen NL, Thomas DW. 1989. Infrared studies of "hard" and "soft" woods. Appl. Spectroscopy. 43:451–455. Silverstein RM, Webster FX, Kiemle DJ. 2005. Spectrometric identification of organics compounds 7th ed. New York:State University of New York. Kshirsagar SS, Shanmugasundaram P. 2013. Synthesis and Calcium Channel Blocking Activity of 1, 2, 3, 4, Tetrahydropyrimidine Derivatives Containing Carbamates and Carbamides. Int. J. Chem. Tech. Res. 5(6):2899-2912. Riwayat naskah (article history) Naskah masuk (received): 13 Maret 2014 Diterima (accepted): 19 Mei 2014

185

Sifat Fisis dan Mekanis Glulam dari Kayu Samama (Physical and Mechanical Properties of Samama Wood Glulam) Tekat D Cahyono1*, Syarif Ohorella1, Fauzi Febrianto2, Trisna Priadi2, Imam Wahyudi2 1

Program Studi Kehutanan. Fakultas Pertanian Universitas Darussalam Ambon Maluku 2 Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan IPB, Bogor *Penulis korespondensi: [email protected] Abstract

In the present research, four types of samama wood (Anthocephallus macrophyllus) glulam of (3 x 6 x 120) cm3 (thickness, width, length) in size were prepared. Two types of glulam were assembled with the same thickness of lamina and two other types were assembled with lamina of different thickness. The result showed that the average moisture content and densities of the glulam were of 12.48% and 0.41, respectively. The MOE, MOR, and shear strength of the glulam were in the average of 6.08 GPa, 33.06 MPa, 30.08 kg cm-2, respectively. The highest MOE and MOR were obtained by the D type glulam. All types of the produced glulam contributed to the increase of MOE and MOR by 31 and 23% of those of its solid wood, respectively. Keywords: glulam, mechanical properties, physical properties, samama wood

Abstrak Penelitian ini dilakukan dengan mendesain empat tipe glulam dengan ukuran (3 x 6 x 120) cm3 dari kayu samama (Antocephallus macrophyllus). Dua tipe glulam disusun dengan ketebalan lamina yang seragam, sedangkan dua tipe lainnya disusun dengan variasi ketebalan lamina yang berbeda. Perekat yang digunakan adalah isosianat dengan variasi berat labur sebesar 200, 250 dan 300 g m-2. Hasil penelitian menunjukkan bahwa rataan kadar air dan kerapatan glulam adalah 12,48% dan 0.41. Sementara itu, rataan nilai MOE, MOR dan keteguhan gesernya berturut-turut sebesar 6,08 GPa, 33,06 GPa dan 30,08 kg cm-2. Semua tipe glulam berkontribusi menaikkan rataan nilai MOE dan MOR sebesar 31 dan 23% dibandingkan dengan kayu samama tanpa laminasi, dimana rataan nilai MOE dan MOR tertinggi terdapat pada glulam tipe D. Kata kunci : glulam, kayu samama, sifat fisis, sifat mekanis

Pendahuluan Ketersediaan kayu struktural semakin sulit dipenuhi karena sebagian besar kayu yang tersedia adalah berdiameter kecil.Kalaupun tersedia kayu struktural jumlahnya semakin terbatas dengan harga yang tinggi. Glulam sebagai salah satu produk teknologi peningkatan kualitas kayu mampu memaksimalkan penggunaan kayu berdiameter kecil, memiliki kekuatan rendah menjadi lebih kuat dengan dimensi dan kegunaan dapat diatur sesuai kebutuhan. Teknologi ini 186

meningkatkan efisiensi penggunaan kayu yang tersedia. Salah satu bahan baku glulam yang potensial adalah kayu samama (Antocephallus macrophyllus (Roxb.) Havil.) yang merupakan tanaman endemik Sulawesi dan Maluku. Potensinya cukup besar, pohonnya tinggi dan bersifat pionir, berbatang lurus dengan riap diameter 5-7 cm per tahun. Rata-rata volume kayu dari pohon yang berumur 10 tahun dapat mencapai 1,8 m3. Menurut Litbang PT. Mangole 2011,


Meskipun bersifat lokal, kayu samama telah digunakan sebagai bahan baku furnitur, pertukangan dan bahan bangunan. Bahkan kulit batangnya sudah dimanfaatkan sebagai obat pencahar oleh masyarakat Desa Lemo-lemo Halmahera Selatan dan/atau sebagai pengawet jaring ikan oleh masyarakat Desa Tulehu Kabupaten Maluku Tengah (Ohorella & Djumat 2009). Menurut Cahyono et al. (2012), nilai rata-rata MOE (Modulus of Elasticity) dan MOR (Modulus of Rupture) kayu samama berturut-turut adalah 48.750 kg cm-2 dan 560 kg cm-2. Jika dibandingkan dengan beberapa standar, nilai MOE kayu samama belum memenuhi persyaratan. Standar Jepang (JAS 2007) mensyaratkan nilai rata-rata MOE  70.000 kg cm-2 untuk kayu laminasi tipe E70, sedangkan standar Indonesia (SNI 1994) mensyaratkan nilai MOE  75.000 kg cm-2 untuk kayu kelas tiga. Untuk balok geladak kapal, Biro Konstruksi Indonesia (BKI) mensyaratkan tegangan ijin  77.400 kg cm-2 (Sauter et al. 1999). Oleh karena itu salah satu teknik untuk memperbaiki kekurangan kayu samama tersebut adalah dengan melakukan teknik laminasi menjadi produk glulam. Prinsip desain laminasi adalah memaksimalkan dimensi dengan meminimalkan material. Apabila prinsip tersebut dapat dilakukan secara simultan maka tujuan penggunaan laminasi dapat dicapai secara maksimal, sehingga laminasi merupakan desain ekonomis dengan tetap memenuhi prinsip struktural (Jayne & Bodig 1982). Juga dinyatakan bahwa sistem lapisan komposit

khususnya laminasi kayu menambah pilihan di dalam desain struktur. Penelitian ini akan mendesain 4 tipe glulam kayu samama berdasarkan ketebalan, susunan lamina dan berat labur perekat. Tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan desain laminasi yang memiliki karakteristik terbaik, baik dari sifat fisis maupun mekanisnya. Bahan dan Metode Penyiapan bahan baku Kayu samama yang digunakan dalam penelitian ini diambil dari Desa Sleman Kabupaten Maluku Tengah. Pohon berumur 8 tahun dengan diameter 42 cm dan tinggi bebas cabang mencapai 13 m. Tidak dilakukan pemilahan bagian atas, tengah dan bawah selama proses pemotongan kayunya. Selanjutnya dilakukan pengeringan dan pembuatan lamina. Desain glulam Kayu samama yang telahdikeringkan dibuat lamina dengan ukuran panjang, dan lebar, 120 dan 6 cm, sedangkan tebalnya, sesuai desain penelitian yaitu 0, 5, 1, 1, 5 dan 2 cm. Masing-masing lamina tersebut selanjutnya diukur kelenturannya (MOE). Glulam dibuat dengan ukuran (3x6x120) cm3 dengan variasi ketebalan lamina dan berat labur perekat. Sebanyak 4 tipe glulam dibuat pada penelitian ini disusun berdasarkan ketebalan lamina dan posisi lapisan lamina. Selengkapnya disajikan pada Gambar 1.

Sifat Fisis dan Mekanis Glulam dari Kayu Samama Tekat D Cahyono, Syarif Ohorella, Fauzi Febrianto, Trisna Priadi, Imam Wahyudi

187

Gambar 1 Variasi tipe glulam kayu samama. Perekat yang digunakan adalah isosianat dengan variasi berat labur 200, 250 dan 300 g m-2. Perekat diaplikasikan pada kedua permukaan lamina (double glue spread) kemudian diletakkan sesuai tipe glulam. Lamina yang telah dilabur perekat dan disusun kemudian di klem dengan jarak klem 30 cm selama 24 jam. Setelah proses perekatan, selanjutnya proses pengkondisian selama satu minggu sebelum dilakukan pengujian sifat fisis dan mekanisnya. Prosedur pengujian Pengujian kadar air (KA), berat jenis (BJ), delaminasi, keteguhan rekat, MOE dan MOR menggunakan standar JAS 2007 untuk produk glulam tipe struktural. a. Kadar air: contoh uji ditimbang untuk menentukan berat awalnya, selanjutnya dimasukkan ke dalam oven dengan suhu 103±2 ºC selama 24 jam sampai beratnya konstan. Kadar air didapatkan dari persentase perbandingan antara berat air dan berat kering tanur contoh uji. b. Berat jenis: contoh uji diukur dimensi awalnya (panjang, lebar dan tebal), selanjutnya dimasukkan ke dalam oven dengan suhu 103±2 C selama 24 jam hingga beratnya konstan.

188

Berat jenis dihitung dari perbandingan antara berat kering tanur dengan volume kering udara. c. Delaminasi akibat perendaman dalam air panas (struktural): contoh uji direndam dalam air dengan suhu 70 ± 3 C selama 2 jam, kemudian dimasukkan ke dalam oven pada suhu 60 ± 3 C sampai KA contoh uji kurang dari 8%. Selanjutnya diukur delaminasi pada setiap garis rekat pada setiap sisi kemudian dijumlahkan. d. Delaminasi akibat perendaman dalam air dingin (non struktural): contoh uji direndam dalam air dingin selama 24 jam, kemudian dikeringkan pada oven dengan suhu 60±3 C selama 24 jam. Selanjutnya diukur delaminasi pada setiap garis rekat pada setiap sisi kemudian dijumlahkan. e. Keteguhan rekat: pengujian keteguhan rekat dilakukan dengan cara memberikan pembebanan yang diletakkan pada arah sejajar serat dengan meletakkan contoh uji secara vertikal. Nilai beban maksimum dibaca saat contoh uji mengalami kerusakan. Nilai keteguhan rekat adalah beban maksimum dibandingkan dengan luasan bidang rekat.


f. MOE dan MOR: Contoh uji dengan ukuran panjang 22 x tebal diberi beban tunggal pada bagian tengah bentang. Besarnya defleksi selama pembebanan dianalisis untuk mendapatkan nilai MOE dengan persamaan: , sedangkan MOR dihitung dengan persamaan , dimana P adalah pembebanan, L = jarak sanggah, b = lebar penampang, h = tebal penampang dan Y adalah defleksi maksimum akibat pembebanan. Analisis data Analisis data menggunakan rancangan faktorial dalam RAL dengan dua faktor, faktor A adalah berat labur perekat dan faktor B adalah tipe glulam. Jika hasil Analisis sidik ragam menunjukkan

pengaruh, dilanjutkan dengan uji tukey dengan tingkat kepercayaan 95%. Hasil dan Pembahasan Sifat fisis BJ dan KA Berat jenis glulam berkisar antara 0,340,45 dengan rataan sebesar 0,41. Sementara itu kayu samama sebagai pembanding memiliki berat jenis ratarata sebesar 0,40 dengan standar deviasi sebesar 0,03. Sifat fisis yang lain, yaitu KA glulam berkisar antara 11,33-13,62% dengan rataan sebesar 12,48%. Selengkapnya disajikan pada Gambar 2. Rataan BJ tertinggi terdapat pada glulam tipe B dan C dengan berat labur sebesar 300 g m-2 yaitu 0,43 sedangkan terendah terdapat pada glulam tipe B dengan berat labur 200 g m-2 yaitu sebesar 0,39.

Tipe glulam dan berat labur (g m-2) Gambar 2 Berat jenis glulam berdasarkan tipe dan berat labur perekat. Keterangan : B, C, D, E = tipe laminasi; 200, 250, 300 = berat labur.


189

Secara umum, BJ kayu samama meningkat setelah dibuat menjadi glulam, walaupun glulam tipe B dengan berat labur 200 g m-2 memiliki BJ yang sama dengan BJ kayu samama. Namun peningkatannya tidak signifikan, hal ini dibuktikan dengan hasil analisis sidik ragam yang menunjukkan bahwa bahwa tipe glulam dan berat labur perekat tidak berpengaruh terhadap BJ. Variasi nilai berat jenis kayu terjadi sebagai akibat dari adanya perbedaan ketebalan dinding serat. Kecenderungan serat yang memiliki dinding tebal dan lumen kecil memiliki berat jenistinggi, sebaliknya serat yang memiliki dinding tipis dan lumen besar memiliki berat jenis yang rendah (Rathke & Sinn 2013). Pada glulam, selain perbedaan ketebalan dinding serat, perbedaan berat jenis juga disebabkan karena adanya proses perekatan. Perekat mengisi rongga diantara permukaan lamina dimana pada kayu utuh pada ukuran yang sama tidak ada proses penambahan perekat. Analisis sidik ragam menunjukkan bahwa tipe lamina tidak berpengaruh terhadap KA, sedangkan berat labur mempengaruhi KA. Air dalam kayu mempengaruhi kedalaman penetrasi perekat dan waktu pematangan perekat cair. Dalam penggabungannya, air yang banyak terdapat pada kayu akan menghambat ikatan dari cairan perekat. Pada umumnya, ikatan perekat yang baik terjadi pada tingkat kadar air 6-14% (Rathke & Sinn 2013). Rataan KA glulam pada penelitian ini sebesar 12,56%. JAS (2007) mensyaratkan KA maksimum untuk glulam dibawah 15%, sehingga semua glulam pada penelitian ini memenuhi syarat. Bowyer et al. ( 2007) menyatakan bahwa kadar air untuk balok laminasi tidak melebihi 15%. Perbedaan antara lamina 190

yang saling bersebelahan tidak lebih dari 5%. Hal ini dilakukan agar distribusi kadar air merata sehingga menghindari tekanan akibat penyusutan dan pengembangan yang menyebabkan kerusakan pada sambungan. Kadar air adalah berat air yang terdapat dalam kayu yang dinyatakan dalam persen terhadap berat kering tanurnya (Tsoumis 1991). Perubahan kayu terjadi karena kayu bersifat higrokopis. Kayu mampu menarik dan menyerap air dari udara dan mengembang ketika kelembaban relatif tinggi dan akan menyusut ketika kelembaban relatif rendah. Perubahan ukuran kayu menjadi permasalahan yang besar dalam proses pengerjaan kayu (Tasissa & Burkhart 1998). Sifat higroskopis pada kayu mempengaruhi jumlah kadar air yang dikandung oleh kayu. Kadar air glulam dipengaruhi oleh kadar air lamina penyusunnya dan kondisi lingkungan. Sifat mekanis Keteguhan rekat Rataan keteguhan rekat semua tipe glulam kayu samama adalah sebesar 30,08 kg cm-2 dengan standar deviasi sebesar 7,11. Sementara itu rataan kekuatan geser kayu samama sebagai bahan perbandingan pada penelitian ini sebesar 51,19 kg cm-2 dengan standar deviasi sebesar 5,78 (Gambar 3). Kekuatan geser kayu samama (A) lebih besar dibandingkan dengan keteguhan rekat glulamnya. Hal ini dikarenakan selama pengujian, kayu mengalami kerusakan, bukan garis rekatnya. Nilai rataan keteguhan rekat tertinggi pada glulam tipe C dengan berat labur perekat 300 g m-2 yaitu 41,99 kg cm-2, sedangkan yang terendah adalah glulam tipe E dengan berat labor 250 g m-2 yaitu 22,56 kg cm-2. J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol. 12 No.2 Juli 2014

Tipe glulam dan berat labur (g m-2) Gambar 3 Keteguhan rekat glulam berdasarkan tipe glulam dan berat labur. Keterangan : B, C, D, E = tipe laminasi; 200, 250, 300 = berat labur

Hal ini dikuatkan dengan analisis sidik ragam yang menunjukkan bahwa tipe glulam berpengaruh terhadap nilai keteguhan rekat sedangkan berat labur tidak berpengaruh. Hasil uji lanjut untuk tukey menjelaskan bahwa tipe glulam yang memiliki keteguhan rekat yang terbaik adalah tipe C. Nilai keteguhan rekat bervariasi tergantung perekat yang digunakan dan kondisi proses produksi glulam. Sinha dan Clauson (2012) menyajikan data keteguhan rekat glulam menggunakan perekat isosianat sebesar 99,6 kg cm-2. Bahan yang digunakan adalah kayu Douglas Fir dan bambu moso. Sementara itu jika menggunakan perekat fenol resorsinol formaldehida (PRF), keteguhan rekatnya 66,7 kg cm-2. Sementara itu (Piao et al. 2010, Piao et al. 2011) menyajikan data keteguhan rekat glulam yang telah diawetkan dengan CCA (chromated copper arsenate) dan PCP (pentachlorophenol) berturut-turut sebesar 100,7 kg cm-2 dan 110,6 kg cm-2. Masih menurut Piao (2010), glulam dari kayu Southern pine

kontrol yang tidak diawetkan memiliki keteguhan rekat sebesar 100,3 kg cm-2. MOE dan MOR Hasil penelitian menunjukkan bahwa rata-rata MOE glulam adalah 6,08 GPa dengan standar deviasi sebesar 0,35. Sementara itu rata-rata MOE kayu samama kontrol dalam penelitian ini adalah 4,65 GPa dengan standar deviasi sebesar 0,63. MOR rata-rata glulam sebesar 33,06 MPa dengan standar deviasi sebesar 2,43. MOR kayu samama control dalam penelitian ini adalah 26,8 Mpa dengan standar deviasi sebesar 2,84. Selengkapnya disajikan pada Gambar 4. Analisis sidik ragam menunjukkan bahwa tipe glulam berpengaruh terhadap nilai MOE dan MOR, sedangkan berat labor perekatnya tidak berpengaruh. Jika faktor penghematan dijadikan perhatian utama, maka penelitian ini merekomendasikan bahwa aplikasi perekat isosianat dengan berat labor 200 g m-2 sudah cukup untuk mendapatkan peningkatan nilai MOE dan MOR kayu samama.


191

Gambar 4 MOE dan MOR glulam kayu samama berdasarkan tipe lamina, Keterangan : B, C, D, E = tipe laminasi; 200, 250, 300 = berat labur.

Analisis lanjutan tukey menunjukkan bahwa tipe glulam D memberikan nilai MOE dan MOR terbaik diantara tipe lainnya. Sementara itu glulam tipe E menunjukkan nilai MOE dan MOR terendah. Susunan lamina dengan modulus elastisitas yang berbeda-beda mempunyai pengaruh pada sifat mekanis produk laminasi. Analisis secara tepat diperlukan untuk memenuhi kondisi tersebut (Sulistyawati 2006). Susunan laminasi pada penelitian ini terbukti meningkatkan MOE dan MOR kayu samama. Glulam tipe D memberikan kontribusi kenaikan MOE dan MOR sebesar 36 dan 30%. Sementara glulam yang memberikan kontribusi terendah adalah tipe E dengan kenaikan nilai MOE dan MORnya sebesar 27 dan 26% dibandingkan kayu tanpa laminasi.

192

Delaminasi Rata-rata delaminasi dalam air panas sebesar 0,58% dengan standar deviasi sebesar 0,55 sedangkan delaminasi dalam air dingin sebesar 0,41% dengan standar deviasi sebesar 0,51.Besarnya variasi nilai delaminasi, baik air dingin maupun air panas disebabkan karena tidak semua sampel mengalami delaminasi saat pengujian. Kejadian delaminasi, baik pengujian air panas maupun air dingin hanya terjadi pada glulam tipe B dan E (Gambar 5). Sementara itu, jika dibandingkan dengan standar JAS (2007), semua nilai delaminasi masuk standar untuk produk glulam yang mensyaratkan 5% untuk delaminasi dalam air panas dan 10% delaminasi dalam air dingin.


Gambar 5 Delaminasi glulam kayu samama berdasarkan tipe lamina, Keterangan : A, B, C, D, E, F, G = tipe laminasi; 200, 250, 300 = berat labur; DAP = Delaminasi Air Panas; DAD = Delaminasi Air Dingin

Gambar 6 Peta serapan infra merah kayu samama kontrol dan kayu samama dengan isosianat. Pengujian delaminasi dilakukan untuk melihat kemampuan glulam terhadap cuaca yang moderat (delaminasi air dingin) sampai cuaca yang ekstrim (delaminasi air panas). Tidak semua sampel menunjukkan kejadian delaminasi menunjukkan bahwa produk

yang dibuat efektif digunakan pada cuaca moderat maupun ekstrim. Hal ini juga merupakan salah satu indikator bahwa perekat isosianat berikatan sangat baik dengan kayu samama. Perekat isosianat merupakan salah satu perekat water based yang sangat baik berikatan dengan


193

produk kayu maupun bahan berlignoselulosa lainnya (Sinha & Clauson 2012, Sulastiningsih et al. 2013, Darwis et al. 2014). Perekat isosianat memiliki gugus kimia yang sangat reaktif dan berikatan dengan gugus OH pada bahan berlignoselulosa dengan ikatan yang sangat kuat (Ruhendi & Hadi 1997). Gambar 6 menyajikan data FTIR kayu samama kontrol dan lapiran tipis kayu samama yang bereaksi dengan isosianat. Dari gambar tersebut dapat dijelaskan bahwa walaupun pita serapan pada panjang gelombang 22402275 cm-1 yang menunjukkan adanya isosianat tidak tergambar, namun naiknya persentase T pada panjang gelombang sekitar 3500 cm-1 (pita serapan yang menunjukkan gugus –OH) dan antara 600-1700 cm-1 menunjukkan bahwa terjadi reaksi antara kayu samama dengan perekat isosianat. Kesimpulan Beberapa sifat kayu samama yang meningkat setelah dibuat produk glulam jika dibandingkan dengan kayu solidnya adalah berat jenis, MOE dan MOR. Semua tipe glulam memiliki nilai MOE dan MOR lebih tinggi dibandingkan dengan kayu solidnya dan yang memberikan kontribusi terbaik pada nilai MOE dan MOR adalah glulam tipe D. Terjadinya kerusakan pada kayu, bukan pada garis rekat saat pengujian geser dan nilai delaminasi yang minim menunjukkan bahwa perekat isosianat sangat baik berikatan dengan kayu samama. Daftar Pustaka Bowyer JL, Shmulsky R, Haygreen JG. 2007. Forest Products and Wood Science: An Introduction. Ames: Blackwell Publishing.

194

Cahyono TD, Ohorella S, Febrianto F. 2012. Sifat fisis mekanis kayu samama (Anthocephallus macrophyllus) dari kepulauan maluku. J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis. 10(1): 28-39 Darwis A, Massijaya MY, Nugroho N, Alamsyah EM, Nurrochmat DR. 2014. Bond ability of oil palm xylem with isocyanate adhesive. J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis. 12(1): 39-47 Jayne B, Bodig J. 1982. Mechanics Of Wood And Wood Composites. New York: Van Nostrand Reinhold Co. Mangole LP. 2011. Riap Tumbuh Kayu Samama di Maluku. Ternate: Litbang PT. Mangole. Ohorella S, Djumat JL. 2009. Kajian Keberhasilan Program Penanaman Kayu Samama berbasis Kearifan Lokal Masyarakat (Studi Kasus di Desa Tulehu Kabupaten Maluku Tengah). Ambon: Fakultas Pertanian Universitas Darussalam. Piao C, Gibson M, Shupe TF, Nipper WA. 2010. Laminated crossarms made from decommissioned chromated copper arsenate-treated utility pole wood. Part II: preservative retention, glue-line shear, and delamination. For. Prod. J. 59(10):3139 Piao C, Monlezun CJ, Gibson MD, Groom LH. 2011. Recycling of pentachlorophenol-treated southern Pine utility poles. Part II: Mechanical and Delamination properties of laminated beams. For. Prod. J. 61(7): 517-525 Rathke J, Sinn G. 2013. Evaluating the wettability of MUF resins and pMDI on two different OSB raw materials. Eur. Wood Wood Prod. 71(3):335342.


Ruhendi S, Hadi Y. 1997. Perekat dan Perekatan. Bogor:Institut Pertanian Bogor. Sauter UH, Mutz R, Munro BD. 1999. Determining juvenile-mature wood transition in Scots pine using latewood density. Wood Fiber Sci. 31(4):416-425. Sinha A, Clauson M. 2012. Properties of bamboo-wood hybrid glulam beams. For. Prod. J. 62((7/8):541-544. Sulastiningsih IM, Ruhendi S, Massijaya MY, Darmawan W, Santoso A. 2013. Respon Bambu Andong (Gigantochloa pseudoarundinacea) terhadap perekat isosianat. J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis 11(2): 140-152

Sulistyawati IM. 2006. Ratio of shear to bending deflection and its influence to bending stiffness (EI) of timber beam. J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis 4(2):4449. Tasissa G, Burkhart HE. 1998. Juvenilemature wood demarcation in loblolly pine trees. Wood Fiber Sci. 30(2):119127. Tsoumis G. 1991. Science and Technology of Wood. Structure, Properties, Utilization. New York: Van Nostrand Reinhold. Riwayat naskah (article history) Naskah masuk (received): 11 Februari 2014 Diterima (accepted): 25 Mei 2014


195

Peningkatan Rendemen Gula Pereduksi dari Kayu Jabon dengan Perlakuan Air Kapur (Ca(OH)2) (Lime Pretreatment on Jabon Wood to Improve Its Reducing Sugar Yield) Yusup Amin1, Wasrin Syafii2*, Nyoman J Wistara2, Bambang Prasetya3 1)

Pusat Penelitian Biomaterial LIPI, Jl. Raya Bogor Km 46, Cibinong Bogor 2) Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan Institut Pertanian Bogor Kampus IPB Dramaga Bogor 16680 3) Badan Standardisasi Nasional, Jakarta *Penulis korespondensi: [email protected] Abstract

The purpose of this study was to determine the performance of enzymatic hydrolysis on lime pretreated jabon wood (Anthocephalus cadamba Miq). Proceeding hydrolysis process, the morphology and crystallinity changes of pretreated jabon were also examined. In the present study, jabon wood meal was put into digester and then lime was loaded at varied lime loading, i.e. at 0.1, 0.3, and 0.5 g Ca(OH)2 g-1 of dry biomass in 90 ml of water. The slurry was then homogenized and heated in the oil bath at 100, 125 and 150 C for 2, 4 and 6 hours. Enzymatic hydrolysis was performed in accordance to the NREL procedures using a cellulase enzyme. The enzyme loading variation was 10, 20 and 40 FPU g-1 of the substrate. the RSY of pretreated jabon increased up to 9.7 folds from that of its control. The highest RSY was obtained for pretreatment with 0.5 g Ca(OH)2 g-1 dried biomass at 150 °C for 4 hours and hydrolyzed with 40 FPU of cellulase (118 mg equivalent glucose g-1 dry biomass). This yield was comparable with 14.4% More than a third of the lignin and hemicellulose content (45.83 and 65.52%) were degraded by lime pretreatment. Keywords: enzymatic hydrolysis, jabon wood, lime pretreatment, reducing sugar yield

Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan rendemen gula pereduksi (RGP) pada proses hidrolisis enzimatis kayu jabon dengan praperlakuan air kapur, serta mempelajari perubahan karakteristik morfologi dan kristalinitas kayu jabon setelah melalui perlakuan tersebut. Perlakuan dilakukan dengan menimbang 9 g serbuk jabon yang sudah diketahui kadar airnya, dimasukkan dalam digester, ditambahkan kapur dengan konsentrasi (KK) 0,1; 0,3 dan 0,5 g Ca(OH)2 g-1 serbuk kering, dan 90 ml air. Larutan kapur dan serbuk kayu diaduk sampai merata kemudian dipanaskan dalam penangas minyak dengan variasi suhu 100, 125 dan 150 C selama 2, 4 dan 6 jam. Hidrolisis enzimatis dilakukan dengan mengacu metode National Renewable Energy Laboratory (NREL) menggunakan enzim selulase komersial. Variasi konsentrasi enzim (KE) yang digunakan adalah 10, 20, dan 40 FPU g-1 substrat. perlakuan kapur mampu meningkatkan RGP kayu jabon sampai 9,7 kali lebih tinggi daripada RGP kayu jabon tanpa perlakuan. RGP tertinggi (118 mg setara gula g-1 biomassa kering) diperoleh pada kombinasi perlakuan KK 0,5 g Ca(OH)2 g-1 biomassa kering pada suhu 150 C selama 4 jam dengan KE 40 FPU g-1 substrat. Hasil ini setara dengan 14,4%. Lebih dari sepertiga komponen lignin dan hemiselulosa jabon (45,83 dan 65,52%) dapat terdegradasi dengan praperlakuan kapur. Kata kunci: hidrolisis enzimatis, jabon, praperlakuan kapur, rendemen gula pereduksi

196


Pendahuluan Komponen utama dinding sel kayu adalah selulosa, hemiselulosa dan lignin. Secara biologis hanya komponen selulosa dan hemiselulosa yang dapat dihidrolisis menjadi gula dan difermentasi menjadi etanol. Struktur selulosa terdiri dari bagian yang besifat amorf dan kristalin. Dalam hidrolisis enzimatis, keberadaan lignin dan sifat kristalin selulosa menghambat proses kinerja enzim dalam mengkonversi selulosa menjadi gula, sehingga diperlukan praperlakuan agar dapat meningkatkan kinerja enzim. Praperlakuan merupakan tahapan penting dalam proses pembuatan etanol dari bahan ligonselulosa (Mosier et al. 2005, Wang et al. 2008). Secara umum praperlakuan berfungsi untuk menghilangkan lignin, mereduksi tingkat kristalinitas selulosa, meningkatkan permukaan kontak enzim, memudahkan hidrolisis selulosa, serta menghilangkan zat ekstraktif yang dapat menghambat kerja enzim dan mikroba (Stenberg et al. 1999, Hendriks & Zeeman 2009). Penelitian mengenai praperlakuan bahan berligno selulosa dalam pembuatan bioetanol telah banyak dilakukan. Salah satunya adalah perlakuan alkali menggunakan kapur (Ca(OH)2). Dibandingkan dengan praperlakuan dengan natrium hidroksida (NaOH) dan ammoniak (NH3), praperlakuan Ca(OH)2 paling banyak diterapkan (Chang et al. 2001). Praperlakuan dengan kapur pada jerami gandum, bagas, kertas koran, kayu poplar (Chang et al. 1998, 2001), rumput bermuda (Wang et al. 2008), dan sereh (Xu et al. 2010) telah dilaporkan sebelumnya. Kondisi praperlakuan dengan air kapur untuk hidrolisis bagas dan jerami gandum ( Chang et al. 1998, 2001), sereh (Xu et al. 2010), dan

rumput bermuda (Wang et al. 2008) untuk menghasilkan RGP optimum bervariasi bergantung pada bahan bakunya. Selain efektif, praperlakuan menggunakan kapur juga lebih ekonomis dan ramah lingkungan karena pemulihannya dapat dilakukan melalui proses karbonasi air pembilasan sampel menggunakan CO2 (Chang et al. 1998, Xu et al. 2010). Sierra et al. (2009) menambahkan bahwa perlakuan kapur tidak banyak mendegradasi selulosa, tidak mahal sehingga dapat diaplikasikan pada produksi energi dan bahan kimia, dan aman untuk digunakan. Praperlakuan dengan kapur cocok diterapkan untuk material yang kasar (Chang et al. 1998), terutama dari limbah pertanian, rumput-rumputan dan kayu keras (Limayen & Ricke 2012). Jabon (Anthocephalus cadamba Miq.) merupakan salah satu jenis kayu tropis asli Indonesia yang tergolong tanaman cepat tumbuh dengan riap diameter dapat mencapai 7-10 cm tahun-1, riap tinggi 3-6 m tahun-1 (Mansur & Tuheteru 2010), dan rata-rata riap volume 10-26 m³ ha-1 tahun-1 (Pratiwi 2003). Kayu jabon memiliki kemampuan beradaptasi pada berbagai kondisi tempat tumbuh, perlakuan silvikulturnya yang relatif mudah, serta relatif bebas dari serangan hama dan penyakit yang serius (Krisnawati et al. 2011). Namun demikian, kayu jabon termasuk ke dalam kelas kuat IV-III dan kelas awet V (Martawijaya et al. 1989), sehingga kurang cocok untuk digunakan sebagai kayu konstruksi. Pembuatan bioetanol dari kayu jabon dengan praperlakuan delignifikasi proses kraft telah dilakukan oleh Pelawi (2011), dan diperoleh RGP tertinggi 11,53% pada kadar lignin 12%. Xu et al. (2010) melaporkan bahwa perlakuan dengan kapur terhadap sereh meningkatkan kinerja enzim dan

Peningkatan Rendemen Gula Pereduksi dari Kayu Jabon dengan Perlakuan Air Kapur (Ca(OH) 2) Yusup Amin, Wasrin Syafii, Nyoman J Wistara, Bambang Prasetya

197

meningkatkan RGP proses hidrolisis. Sejauh ini belum ada penelitian penggunaan praperlakuan kapur pada kayu jabon. RGP terbaik dengan perlakuan kapur umumnya diperoleh pada kombinasi perlakuan kadar kapur 0,1 g Ca(OH)2 g-1 biomassa kering dengan suhu yang relatif rendah dah waktu yang relatif lama. Sehingga perlakuan kapur dengan kadar diatas 0,1 g Ca(OH)2 g-1 biomassa kering diharapkan dapat menghasilkan RGP jabon yang tinggi dengan tingkat konsumsi energi (suhu) dan waktu yang lebih rendah. Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan RGP pada proses hidrolisis enzimatis kayu jabon dengan praperlakuan air kapur, serta mempelajari perubahan karakteristik morfologi dan kristalinitas kayu jabon setelah melalui perlakuan tersebut.

variasi suhu 100, 125, dan 150 C selama 2, 4, dan 6 jam. Sebagai pembanding, pemasakan juga dilakukan dengan air tanpa kapur yang selanjutnya disebut sebagai perlakuan dengan liquid hot water (LHW). Praperlakuan dengan LHW dilakukan pada variasi suhu dan waktu yang sama dengan praperlakuan air kapur. Substrat hasil praperlakuan disaring dan dibilas menggunakan air suling sampai pH-nya netral. Sebagian substrat yang sudah netral dikeringkan dalam oven 60 °C selama 3 hari untuk mengukur KA dan kehilangan berat (WL), sedangkan sebagian lainnya tetap disimpan dalam lemari pembeku untuk proses hidrolisis enzimatis dan pengujian lainnya.

Serbuk kayu (tanpa kulit) ukuran 40-60 mesh dibuat dan dipersiapkan dari log kayu jabon umur 7 tahun asal Garut, Jawab Barat. Persiapan bahan baku dan pengukuran kadar air (KA) masingmasing dilakukan dengan mnegacu pada standar TAPPI T257 om-85 dan TAPPI T264 om-88. Analisis komponen kimia kayu jabon (kadar ekstraktif alkoholbenzena 1:2, holoselulosa, -selulosa, hemiselulosa dan lignin klason) dilakukan terhadap sampel sebelum dan setelah praperlakuan masing-masing mengacu pada pada standar TAPPI T204 om-88, TAPPI T9m-54, Browning (1967), dan TAPPI T222 om-88.

Hidrolisis enzimatis dalam penelitian ini mengacu metode National Renewable Energy Laboratory (NREL) (Selig et al. 2008) menggunakan enzim selulase komersial (Meicellase, Meiji Seika, Jepang) dengan aktifitas enzim 200 FPU g-1. Sebanyak 0,1 g sampel (berat kering) ditambahkan 0,05 M bufer natrium sitrat (pH 5). Kemudian ditambahkan enzim selulase dengan konsentrasi enzim (KE) 10, 20 dan 40 FPU g-1 substrat dan 0,1 ml natrium azide 2% (b/v) sampai berat total 10 g. Sebagai faktor koreksi, dibuatkan kontrol buffer (tanpa substrat dan enzim) dan kontrol enzim (tanpa substrat). Hidrolisis dilakukan dalam shaking incubator 150 rpm pada suhu 50 °C selama 48 jam. Posisi vial diletakkan horisontal untuk memperluas kontak substrat dengan enzim.

Praperlakuan dilakukan dengan memasak 9 g serbuk jabon (40-60 mesh) di dalam digester ukuran 100 ml, ditambahkan kapur dengan konsentrasi (KK) 0,1; 0,3 dan 0,5 g Ca(OH)2 g-1 serbuk kering, dan 90 ml air. Larutan kapur dan serbuk kayu diaduk sampai merata kemudian dipanaskan dalam penangas minyak dengan

Pengukuran RGP dilakukan dengan spektrofotometer UV-Vis (HITACHI U2001) pada panjang gelombang 500 nm berdasarkan metode Nelson-Samogyi (Wrolstad et al. 2005). Analisis morfologi substrat sebelum dan setelah praperlakuan dilakukan menggunakan FE-Scanning Electron Microscopy

Bahan dan Metode

198


(SEM) INSPECT F50 pada voltase 20 kV dan working distance (WD) 15,3 mm. Analisis X-Ray Difraction (XRD) dengan Shimadzu XRD-700 MaximaX series (40 kV, 30 mA, sudut 2Ɵ 10-40o, kecepatan 2o/menit) dilakukan untuk mengetahui kristalinitas selulosa jabon sebelum dan setelah praperlakuan. Data hasil penelitian dianalisis menggunakan rancangan acak lengkap (RAL) faktorial menggunakan penganalisa statistika yang terdapat di dalam program Microsoft Excel 2010 for Windows. Hasil dan Pembahasan Pengaruh praperlakuan terhadap RGP kayu jabon Selulosa dapat dihidrolisis menjadi gula pereduksi yang kemudian difermentasi menjadi bioetanol. Kadar -selulosa kayu jabon pada penelitian ini adalah 43,92%, hampir sama dengan hasil penelitian sebelumnya (Emil 2013) yang melaporkan bahwa pada umur 7 tahun kayu jabon memiliki kandungan selulosa 42,26%. Kadar -selulosa yang tinggi umumnya berpengaruh positif terhadap RGP. Hasil penelitian Chang et al. (1998) menunjukkan bahwa penambahan KK diatas 0,1 g Ca(OH)2 g-1 biomassa kering tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap RGP bagas dan jerami gandum. Siera et al. (2009) menyatakan bahwa dalam praperlakuan kapur, selain KK, faktor suhu, waktu dan tekanan yang digunakan juga berpengaruh terhadap rendemen gulanya. Tabel 1 menunjukkan bahwa secara umum RGP jabon meningkat seiring dengan peningkatan suhu praperlakuan. Hasil analisis statistik menunjukkan bahwa hanya 150 C yang berpengaruh signifikan (p<0,05) terhadap RGP kayu jabon baik pada praperlakuan kapur

maupun LHW. Sebaliknya, peningkatan suhu dari 100 oC sampai 125 C tidak menunjukkan pengaruh signifikan terhadap RGP pada praperlakuan kapur maupun LHW. Pada kondisi KK yang sama peningkatan suhu yang diterapkan mampu mengurangi waktu pemasakan. Hal ini sejalan dengan hasil penelitian Wang et al. (2008). Perbedaan variasi waktu (2, 4, dan 6 jam) tidak memberikan pengaruh signifikan terhadap peningkatan RGP pada praperlakuan kapur maupun LHW. RGP tertinggi diperoleh pada kombinasi perlakuan KK 0,5 g Ca(OH)2 g-1 biomassa kering pada suhu 150 C selama 4 jam. Peningkatan waktu pemasakan dari 4 ke 6 jam pada perlakuan kapur (KK 0,5 g Ca(OH)2 g-1 biomassa kering pada suhu 150 C) cenderung menurunkan RGP kayu jabon. Hal ini diduga karena pada waktu pemasakan 6 jam telah terjadi degradasi sebagian komponen selulosa. Chang et al. (2001) menyatakan bahwa pada kondisi suhu tinggi, waktu pemasakan yang lama menyebabkan terbentuknya senyawa asam organik yang mengkonsumsi kapur, sehingga perlakuan jadi kurang efektif. Faktor KK, suhu dan waktu pemasakan mengakibatkan terjadinya kehilangan berat (WL) biomassa jabon setelah praperlakuan (Gambar 1). Besarnya WL bervariasi antara 1,36-21,55%, bergantung pada kombinasi perlakuan yang diterapkan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa faktor suhu memberikan pengaruh yang signifikan terhadap WL pada perlakuan LHW dan air kapur. Makin tinggi suhu umumnya mengakibatkan kenaikan WL. Secara statistik, hanya perlakuan suhu 150 C yang berpengaruh signifikan terhadap WL, sedangkan peningkatan suhu dari 100 ke 125 C tidak memberikan pengaruh signifikan. Seperti halnya pada RGP, pengaruh penambahan KK sampai 0,5 g


199

Ca(OH)2 g-1 biomassa kering juga berpengaruh signifikan terhadap WL. Tetapi peningkatan KK dari 0,1 ke 0,3 g Ca(OH)2 g-1 biomassa kering tidak berpengaruh signifikan. Hanya waktu pemasakan 6 jam yang berpengaruh signifikan terhadap WL biomassa jabon. WL tertinggi (21,55%) diperoleh dari kombinasi perlakuan KK 0,5 g Ca(OH)2 g-1 biomassa kering, suhu 150 C selama 6 jam. Dalam proses hidrolisis bahan berlignoselulosa, WL yang tinggi sangat tidak diharapkan karena menyebabkan rendemen biomassa berkurang (Chang et al. 1998). WL setelah praperlakuan disebabkan karena hilangnya atau terdegradasinya beberapa komponen penyusun bahan lignoselulosa. Tabel 2 menunjukkan perubahan beberapa komponen kimia kayu jabon setelah praperlakuan LHW dan air kapur. Persentase kehilangan komponen kimia kayu jabon ditunjukkan pada Gambar 3. Semua komponen kimia yang diukur makin terdegradasi seiring dengan peningkatan suhu dan penambahan KK. Rata-rata kehilangan tertinggi

adalah bagian ekstraktif (> 45%). Komponen ekstraktif tidak terikat pada dinding sel, sehingga lebih mudah terdegradasi. Keberadaan zat ekstraktif pada bahan berlinoselulosa dapat menghambat kinerja enzim dan mikroba (Stenberg et al. 1999), sehingga terdegradasinya zat ekstraktif ini diduga turut berperan dalam meningkatnya RGP jabon. Seperti perlakuan alkali lainnya (NaOH dan NH3), efek air kapur dalam praperlakuan bahan berlignoselulosa adalah menghilangkan lignin (Siera et al. 2009). Pada perlakuan suhu dan waktu yang sama, penambahan kapur (0,5 g Ca(OH)2 g-1 biomassa kering) dapat mendegradasi lignin 6 kali lebih banyak dibandingkan dengan perlakuan LHW (Gambar 2). Praperlakuan dengan KK 0,5 g Ca(OH)2 g-1 biomassa kering pada 150 C selama 4 jam mampu mendegradasi lignin sebanyak 45,83%. Kehilangan lignin pada jabon lebih tinggi daripada kehilangan lignin pada bagas (14,03%) (Chang et al. 1998).

Tabel 1 Rendemen gula pereduksi kayu jabon pada berbagai variasi perlakuan RGP (mg setara glukosa g-1 biomassa kering) KE (FPU)

10

waktu (jam)

Kontr ol

2

8,3

200

150 °C 23,8

0,1 0,3 100 125° 150° 100° 125° 150° 100° °C C C C C C C 18,6 19,0 15,2 19,0 15,2 22,5 18,0

0,5 125 °C 22,0

150 °C 38,9

10,1

10,2

30,0

17,1

19,1

24,5

16,2

21,1

25,0

16,6

23,7

52,1

6

10,2

10,3

31,4

17,8

19,3

24,3

15,7

18,8

28,6

17,2

23,7

49,6

12,6

12,4

28,8

30,8

33,7

29,7

31,0

27,6

35,7

26,6

26,8

49,0

4

11,3

12,0

37,2

33,7

29,1

38,2

35,4

27,5

37,8

30,4

30,6

82,0

6

12,1

12,4

38,8

31,6

30,5

37,6

31,1

33,2

39,1

31,1

33,2

77,7

2 40

100° 125° C C 9,8 9,9

4

2 20

Kapur (g Ca(OH)2 g-1 biomassa kering)

LHW

9,8

13,7

16,9

37,9

36,5

38,3

39,8

37,3

37,5

37,5

37,8

39,0

56,6

4

12,1

15,6

17,4

43,8

38,1

36,8

38,0

40,2

39,6

37,8

39,9

39,7

118,0

6

16,4

17,8

44,2

38,7

39,0

40,7

39,2

38,6

42,6

40,1

41,0

110.9


Kehilangan lignin merupakan salah satu indikator penting dalam penilaian efektifitas metode praperlakuan pembuatan bioetanol, dimana makin tinggi kehilangan lignin maka semakin efektif metode tersebut. Praperlakuan kapur terbukti mampu memperbaiki tingkat delignifikasi jabon dan meningkatkan RGP (Tabel 1).

hemiselulosa jabon. Hemiselulosa membentuk ikatan kovalen dengan lignin, sehingga apabila komponen lignin terdegradasi maka sebagian hemiselulosa akan ikut terdegradasi (Siera et al. 2009, Hendrik & Zeeman 2009). Penambahan kapur dan peningkatan suhu mampu mendegradasi komponen hemiselulosa kayu jabon hingga 65,52% (Gambar 2).

Selain mendegradasi lignin, praperlakuan kapur juga menyebabkan terdegradasinya 25 2 jam

4 jam

6 jam

15 10 5

0.1 LHW

0.3

150°C

125°C

100°C

150°C

125°C

100°C

150°C

125°C

100°C

150°C

125°C

0

100°C

Kehilangan Berat (1%)

20

0.5

Kapur (g Ca(OH)2/g biomassa kering)

Gambar 1 Kehilangan berat biomassa jabon setelah praperlakuan.

Tabel 2 Perubahan komponen kimia kayu jabon setelah praperlakuan Komponen kayu (%)

Kontrol

Ekstraktif Lignin Klason Holoselulosa Alfa-selulosa Hemiselulosa

2,57 25,20 73,88 43,92 29,96

LHW 100 C, 4 jam 1,57 24,45 68,94 44,00 24,94

Praperlakuan LHW Kapur (0,5) 150 C, 100 C, 4 jam 4 jam 1,47 1,31 23,35 20,04 59,02 58,80 43,54 43,73 15,48 15,07


Kapur (0,5) 150 C, 4 jam 1,15 13,65 53,85 43,52 10,33

201

Jumlah kehilangan (%)

80 70 60 50

LHW 100 °C, 4 jam

40

LHW 150 °C, 4 jam

30

Kapur (0.5), 100 °C, 4 jam

20

Kapur (0.5), 150 °C, 4 jam

10 0 Ekstraktif

Lignin

Komponen kimia

Hemiselulosa

Gambar 2 Kehilangan komponen kimia kayu jabon setelah praperlakuan. Struktur rantai bercabang dan derajat polimerisasi yang rendah menyebabkan polimer hemiselulosa lebih mudah terdegradasi dibandingkan dengan selulosa. Dengan hilangnya sebagian hemiselulosa maka akan berdampak positif pada tingkat hidrolisis selulosa oleh enzim (Hendrik & Zeeman 2009), sehingga berpengaruh terhadap meningkatnya RGP (Tabel 1). Pengaruh konsentrasi enzim terhadap RGP kayu jabon Chang et al. (2001), karena faktor enzim meliputi 44% dari biaya produksi gula, maka diperlukan penggunaan KE yang tepat. KE selulase yang digunakan pada proses hidrolisis bervariasi mulai dari 7 sampai 33 FPU g-1 substrat, bergantung pada jenis dan konsentrasi substrat (Sun & Cheng 2002). Mussatto et al. (2008) menggunakan KE selulase 5-85 FPU g-1 substrat untuk menghidrolisis brewer’s spent grain, dengan hasil yang optimal pada KE 45 FPU g-1 substrat. Sattler et al. (1989), dengan rentang KE selulase 5100 FPU g-1 substrat kayu poplar, hasil hidrolisis terbaik diperoleh pada penambahan KE 5-50 FPU/g substrat. KE 10 FPU/g selulosa merupakan dosis yang sering digunakan pada penelitian 202

skala laboratorium, karena terbukti dapat menghasilkan RGP yang cukup tinggi selama inkubasi 48-72 jam (Gregg & Saddler 1996). Tabel 1 menunjukkan bahwa pada KE 10 FPU g-1 substrat, praperlakuan kapur mampu meningkatkan RGP kayu jabon sampai 6,2 kali daripada kayu jabon tanpa praperlakuan (8,3 menjadi 52,1 mg setara glukosa g-1 biomassa kering). Demikian juga pada KE 20 dan 40 FPU g-1 substarat, perlakuan kapur mampu meningkatkan RGP kayu jabon masingmasing sebanyak 8,3 dan 9,7 kali (9,8 dan 12,1 masing-masing menjadi 82 dan 118 mg setara glukosa g-1 biomassa kering). Secara statistik, ketiga variasi KE berpengaruh signifikan terhadap RGP praperlakuan kapur, tetapi sebaliknya tidak berpengaruh signifikan pada praperlakuan LHW. RGP tertinggi masing-masing KE diperoleh dari kombinasi perlakuan KK 0,5 g Ca(OH)2 g1 biomassa kering pada suhu 150 C selama 4 jam. Pada kondisi tersebut, penambahan KE dari 10 ke 20 FPU g-1 substrat mampu meningkatkan RGP sebanyak 57,4%. Pada penambahan KE dari 20 ke 40 FPU g1 substrat terjadi peningkatan RGP sebanyak 43,9%. Hal J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol. 12 No.2 Juli 2014

ini berarti peningkatan enzim 10-20 FPU g-1 substrat lebih efektif pengaruhnya untuk meningkatkan RGP dibandingkan dengan 20-40 FPU g-1 substrat. Fenomena ini sejalan dengan penelitian Chang et al. (2001) pada kayu poplar, KE di atas 25 FPU g-1 substrat menyebabkan selulosa menjadi jenuh oleh penetrasi enzim sehingga laju hidrolisis jadi kurang efektif. RGP tertinggi diperoleh pada KE 40 FPU g-1 substrat (118 mg setara gula g-1 biomassa kering), sedikit lebih tinggi dari penelitian Pelawi (2011) dengan kondisi perlakuan yang berbeda. Secara teori, konversi selulosa jabon menjadi gula pereduksi dengan asumsi derajat hidrolisis 100% dapat menghasilkan  820 mg setara glukosa g-1 biomassa kering (RGP 82%). Perlakuan kapur pada penelitian ini menghasilkan RGP tertinggi  14,4% dari jumlah maksimal gula pereduksi yang dapat dikonversi dari kayu jabon. Perubahan kristalinitas dan struktur kayu jabon setelah praperlakuan Salah satu tujuan praperlakuan adalah untuk mengurangi sifat kristalinitas dan meningkatkan porositas bahan (Sun & Cheng 2002). Tabel 3 menunjukkan bahwa kristalinitas kayu jabon cenderung meningkat seiring kenaikan suhu dan penambahan kapur, sehingga hasil ini berbanding terbalik dengan salah satu target penelitian yang diharapkan. Fenomena ini serupa dengan yang

dilaporkan Chundawat et al. (2011) dan Pu et al. (2013). Keduanya melaporkan bahwa praperlakuan asam, LHW, steam explotion dan kapur secara umum menyebabkan terjadinya peningkatan kristalinitas selulosa dibanding yang tanpa praperlakuan. Bagian amorf pada selulosa dapat terdegradasi pada suhu kurang dari 150 C, sedangkan bagian kristalin baru dapat terdegradasi pada suhu minimal 180 C (Pu et al. 2013). Oleh karena itu suhu maksimal yang diterapkan pada penelitian ini (150 C) belum dapat mendegradasi bagian daerah kritaslin kayu jabon. Kombinasi perlakuan suhu dan penambahan konsentrasi kapur menyebabkan terdegradasinya komponen yang bersifat amorf (lignin dan hemiselulosa), sehingga intensitas bagian kristalin kayu jabon secara keseluruhan akan mengalami peningkatan. Hasil pencitraan SEM menunjukkan perbedaan yang cukup jelas antara sampel sebelum dan setelah praperlakuan (Gambar 3). Pada sampel tanpa praperlakuan (Gambar 3A) struktur dinding sel terlihat masih utuh, belum terjadi kerusakan seperti pada sampel yang telah mengalami praperlakuan (Gambar 3B-E). Praperlakuan (LHW dan kapur) mengakibatkan struktur dinding sel kayu jabon mengembang dan terbentuknya pori. Pada kondisi suhu dan waktu yang sama, perlakuan kapur menyebabkan kerusakan struktur sel yang lebih parah. Dinding sel tampak semakin mengembang, makin terkoyak dan lebih porous (Gambar 3D dan E).

Tabel 3 Kristalinitas selulosa kayu jabon setelah praperlakuan Perlakuan Kontrol LHW; 100 C; 4 jam LHW; 150 C, 4 jam Kapur (0,5); 100 C; 4 jam Kapur (0,5); 150 C; 4 jam

Puncak 2Theta 22,23 22,22 22,33 22,33 22,37

Icr (kristalin) 0,82 0,88 1,00 0,92 0,78

Ia (amorf) 1,47 1,39 1,34 1,27 1,13


Kristalinitas (%) 35,76 38,77 42,71 42,01 40,88 203

B

A

D

C

E

Gambar 3 Citra SEM penampang melintang kayu jabon perbesaran 4000x: (A) tanpa praperlakuan; (B) LHW 100 C, 4 jam; (C) LHW 150 C, 4 jam; (D) 0.5 g Ca(OH)2 g-1 biomassa kering, 100 C, 4 jam; (E) 0.5 g Ca(OH)2 g-1 biomassa kering, 150 C, 4 jam. Hal ini mengindikasikan sebagian komponen lignin dan hemiselulosa telah terdegradasi (Gambar 2) yang mengakibatkan daerah permukaan selulosa jadi makin terbuka (Hu & Wen 2008). Tye et al. (2012) menambahkan bahwa perlakuan alkali pada serat kapuk lebih efektif dalam mendegradasi lignin dan hemiselulosa, sedangkan perlakuan asam hanya mendegradasi hemiselulosa.

yang cukup tinggi menyebabkan porositas selulosa meningkat. Dengan semakin banyaknya lignin dan hemiselulosa yang terdegradasi dan makin terbukanya daerah permukaan selulosa maka aksesibilitas enzim pada proses hidrolisis akan meningkat, sehingga RGP yang dihasilkan semakin tinggi. Kesimpulan

Derajat kristalinitas tidak dapat dijadikan sebagai satu-satunya faktor pengukur tingkat aksesibilitas bahan berlignoselulosa pada proses hidrolisis enzimatis (Park et al. 2010), karena terdapat faktor-faktor lain yang berpengaruh terhadap aksesibilitas enzim. Faktor hilangnya komponen lignin dan hemiselulosa cenderung memberikan pengaruh yang lebih dominan terhadap peningkatan RGP jabon. Degradasi lignin dan hemiselulosa 204

Praperlakuan kapur mampu meningkatkan RGP kayu jabon 9,7 kali lebih tinggi dibandingkan kayu jabon tanpa praperlakuan. Penambahan KK (0,1-0,5 g Ca(OH)2 g-1 biomassa kering) dan peningkatan suhu (100-150 C) memberikan pengaruh yang signifikan terhadap RGP jabon, sedangkan perbedaan waktu pemasakan (2, 4, dan 6 jam) tidak berpengaruh secara signifikan. RGP tertinggi (118 mg setara glukosa/g J. Ilmu Teknol. Kayu Tropis Vol. 12 No.2 Juli 2014

sebuk kering) diperoleh pada kombinasi perlakuan KK 0,5 g Ca(OH)2 g-1 biomassa kering pada suhu 150 C selama 4 jam, dengan KE 40 FPU/g substrat. Hasil ini setara dengan 14,4% dari perhitungan teori jumlah maksimal gula pereduksi yang dapat dikonversi dari kayu jabon. Penambahan KE 10-20 FPU g-1 substrat lebih efektif pengaruhnya terhadap peningkatan RGP jabon daripada penambahan KE 20-40 FPU g-1 substrat. Lebih dari sepertiga komponen lignin dan hemiselulosa jabon (45,83 - 65,52 %) dapat terdegradasasi dengan praperlakuan kapur. Meskipun derajat kristalinitasnya meningkat, praperlakuan kapur menyebabkan permukaan dinding sel kayu jabon makin terbuka dan semakin poros sebagai akibat dari terdegradasinya komponen lignin dan hemiselulosa, sehingga hal ini menyebabkan RGP jabon meningkat. Daftar Pustaka Browning BL. 1967. Methods of Wood Chemistry. New York: Interscience Publ. Chang VS, Nagwani M, Holtzapple MT. 1998. Lime pretreatment of crop residues bagasse and wheat straw. Appl. Biochem. Biotechnol. 74:135159. Chang VS, Nagwani M, Kim CH, Holtzapple MT. 2001. Oxidative lime pretreatment of high-lignin biomass: poplar wood and newspaper. Appl. Biochem. Biotechnol. 94:1-28.

lingkar tahun [Skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Gregg DJ, Saddler JN. 1996. Factors affecting cellulose hydrolysis and the potential of enzyme recycle to enhance the efficiency of an integrated wood to ethanol process. Biotechnol. Bioeng. 51:375-383. Hendriks ATWM, Zeeman G. 2009. Pretreatments to enhance the digestibility of lignocellulosic biomass. Bioresour. Technol. 100:1018. Hu Z, Wen Z. 2008. Enhancing enzymatic digestibility of switchgrass by microwave-assisted alkali pretreatment. Biochem. Eng. J. 38:369-378. Krisnawati H, Maarit K, Markku K. 2011. Anthocephalus cadamba Miq.: Ekologi, Silvikultur, dan Produktivitas. Bogor (ID): CIFOR. Limayen A, Ricke SC. 2012. Lignocellulosic biomass for bioethanol production: Current perspectives, potential issues and future prospects. Progress Energy Combust. Sci. 38:449-467. Mansur I, Tuheteru FD. 2010. Kayu Jabon. Bogor (ID): Penebar Swadaya. Martawijaya A, Kartasujana I, Mandang IY, Prawira SA, Kadir K. 1989. Atlas Kayu Indonesia Jilid II. Bogor (ID): Badan Litbang Kehutanan.

Chundawat SPS, Beckham GT, Himmel ME, Dale BE. 2011. Deconstruction of lignocellulosic biomass to fuels and chemicals. Ann. Rev. Chem. Biomol. 2(6): 1-25.

Mosier N, Wyman C, Dale B, Elander R,. Lee YY, Holtzapple M, Ladisch M. 2005. Features of promising technologies for pretreatment of lignocellulosic biomass. Bioresour. Technol. 96:673–686

Emil N. 2013. Analisis komponen kimia dan dimensi serat jabon (Anthocephalus cadamba Miq.) menurut

Mussatto SI, Dragone G, Fernandes M, Milagres AMF, Roberto IC. 2008. The effect of agitation speed, enzyme


205

loading and substrate concentration on enzymatic hydrolysis of cellulose from brewer’s spent grain. Cellulose. 15:711–721. Park S, Baker JO, Himmel ME, Parilla PA, Johnson DK. 2010. Cellulose crystallinity index: measurement techniques and their impact on interpreting cellulase performance. Biotechnol. Biofuels. 3(10): 1-10 Pelawi R. 2011. Pulp kraft kayu jabon sebagai bahan baku pembuatan bioetanol. [Skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Pratiwi. 2003. Prospek pohon jabon untuk pengembangan hutan tanaman. Bogor: Buletin Penelitian dan Pengembangan Kehutanan 4 (1): 6166. Pu Y, Hu F, Huang F, Davison BH, Ragauskas AJ. 2013. Assessing the molecular structure for biomass recalcitrance during dilute acid and hydrothermal pretreatments. Biotechnol. Biofuels. 6(15): 1-13 Sattler W, Esterbauer H, Glatter O, Steiner W. 1989. The effect of enzyme concentration on the rate of the hydrolysis of cellulose. Biotechnol. Bioeng. 33:1221-1234. Selig M, Weiss N, Ji Y. 2008. Enzymatic Saccharification of Lignocellulosic Biomass, Laboratory Analytical Procedure (LAP), Technical Report NREL/TP- 510-42629. Colorado (US): National Renewable Energy Laboratory. Sierra R, Granda CB, Holtzapple MT. 2009. Lime pretreatment. Di dalam: Mielenz J R, editor. Biofuels:Methods in Molecular Biology: 581. New York: Humana Press. Pp. 115-124.

206

Stenberg, Gable M, Zacci G. 1999. The influence of lactic acid formation on simultaneous saccharification and fermentation (SSF) of softwood to ethanol. J. Enzyme Microb. Biotechnol. 70:697-708. Sun Y, Cheng J. 2002. Hydrolysis of lignocellulosic materials for ethanol production: a review. Bioresour. Technol. 83: 1–11. Tye YY, Lee KT, Abdullah WNW, Leh CP. 2012. Potential of Ceiba pentandra (L.) Gaertn. (kapok fiber) as a resource for second generation bioethanol: effect of various simple pretreatment methods on sugar production. Bioresour. Technol. 116:536–539. Wang Z, Keshwani DR, Redding AP, Cheng JJ. 2008. Alkaline pretreatment of coastal bermudagrass for bioethanol production. The ASABE Annual International Meeting; 2008 Jun 29-Jul 2; Rhode Island Convention Center Providence. Rhode Island (US): ASABE. Wrolstad RE, Acree TE, Decker EA, Penner MH, Reid DS, Scwartz SJ, Shoemaker CF, Smith D, Sporns P. 2005. Handbook of Food Analytical Chemistry: Water, Proteins, Enzymes, Lipids, and Carbohydrates. New Jersey (US): John Wiley & Sons. p.655. Xu J, Cheng JJ, Shivappa RRS, Burns JC. 2010. Lime pretreatment of switchgrass at mild temperatures for ethanol production. Bioresour. Technol. 101: 2900–2903. Riwayat naskah (article history) Naskah masuk (received): 12 April 2014 Diterima (accepted): 8 Juni 2014


Vol. 12 • No. 2 • Juli 2014

ISSN 1693-3834

PEDOMAN PENULISAN Ketentuan 1. Makalah yang dipublikasikan adalah hasil penelitian dan artikel ulas balik (review) baik dalam bahasa Indonesia maupun bahasa Inggris. 2. Makalah tersebut belum pernah dipublikasikan pada jurnal lainnya. 3. Makalah dapat dikirimkan ke alamat editor dalam bentuk softcopy melalui alamat e-mail: [email protected] 4. Penulis bersedia memperbaiki makalah yang diterima di jurnal ini sesuai dengan saran dan koreksi dari mitra bestari. 5. Tata bahasa dan tata letak gambar/ tabel bersedia diubah oleh Redaksi tanpa mengubah substansi. 6. Bersedia membayar biaya publikasi Rp. 200.000,- s/d 8 halaman cetak dan kelebihan halaman akan dikenakan biaya sebesar Rp. 50.000,- per halaman. Khusus mengenai gambar yang dicetak berwarna akan dikenakan biaya tambahan. 7. Setiap penulis akan mendapatkan 2 eksemplar jurnal dan 5 artikel cetak lepas Format Penulisan 1. Makalah ditulis dalam bahasa Indonesia atau bahasa Inggris dengan program MS Word; ukuran kertas Letter; huruf Times New Roman; satu spasi. Margin kiri/kanan = 3 cm dan atas/bawah = 2,5 cm. Besar huruf untuk Judul = 14 pt.; Nama Penulis = 12 pt; dan Teks = 12 pt. 2. Makalah harus menyertakan abstrak dalam bahasa Inggris dan Indonesia. Untuk makalah yang ditulis dalam bahasa Indonesia harus menuliskan judul dalam bahasa Inggris. Untuk makalah yang ditulis dalam bahasa

Inggris telah diperiksa spelling dan grammar-nya oleh native speaker. 3. Sistematika penulisan: 3.1. Judul ditulis dalam bahasa Indonesia dan Inggris (dianjurkan tidak lebih dari 14 kata dalam tulisan berbahasa Indonesia, atau 10 kata bahasa Inggris) 3.2. Nama lengkap penulis dan nama institusi disertai alamat lengkap termasuk email 3.3. Mencantumkan corresponding author 3.4. Abstrak (maksimum 200 kata) 3.5. Kata kunci (maksimum 6 kata) 3.6. Teks: Pendahuluan Bahan dan Metode Hasil dan Pembahasan Kesimpulan Ucapan Terima Kasih (jika perlu) Daftar Pustaka 4. Ketentuan lainnya: 4.1. Penulisan kata bahasa asing dengan huruf miring. 4.2. Nama kayu atau tumbuhan harus disertai nama botani pada pengungkapan pertama kali. 4.3. Penulisan angka dengan desimal menggunakan koma untuk teks berbahasa Indonesia dan titik untuk teks berbahasa Inggris. 4.4. Penulisan besaran diantara menggunakan simbol - (contoh: 3,75-8,92%). 4.5. Satuan pembagi ditulis sebagai berikut: kg cm-2, bukan kg/cm2 4.6. Gambar yang dikirimkan harus masih dapat diubah. 4.7. Contoh penulisan nama pustaka pada teks adalah: Palomar et al. (1990), (Arancon 1997). 4.8. Penulisan kesimpulan tidak dalam bentuk poin-poin tetapi diuraikan. 4.9. Daftar Pustaka ditulis memakai sistem nama-tahun dan disusun secara abjad.

Vol. 11 • No. 2 • Juli 2013 Beberapa contoh penulisan sumber pustaka: Jurnal Curreli N, Agelli M, Pisu B, Rescigno A, Sanjust E, Rinaldi A. 2002. Complete and efficient enzymatic hydrolysis of pretreated wheat straw. Process Biochem. 37:937-41.

ISSN 1693-3834 Prosiding Alamsyah EM, Yamada M, Taki K. 2005. Bond quality of Indonesian and Malaysian fast growing tree species. In: Dwianto W, editor. Proceeding of the 6th International Wood Science Symposium; Bali, 29–31 August 2005. Jakarta: JSPSLIPI Core University Program. Pp 220227.

Buku Gunawan AW. 2000. Usaha Pembibitan Tesis/Disertasi Jamur. Jakarta: Penebar Swadaya. Taskirawati I. 2006. Peluang investasi dan Bab dalam buku strategi pengembangan usaha budidaya Kharazipour A, Hüttermann A, 1998. Kutu Lak (Laccifer lacca Kerr.) [Tesis]. Biotechnologycal Production of Wood Bogor: Pasca Sarjana, Institut Pertanian Composites. In: Bruce A, Palfreyman Bogor. JW, editors. Forest Product Biotechnology. UK: Taylor & Francis Informasi dari internet Ltd. Pp 141-150. Chowdhury R, Hasan CM, Rashid MA. 2003. Bioactivity from Toona ciliata stem bark. http://www.informahealth care.com/doi/abs/10.1076/phbi.41.4. 281.html. [4 September 2009].

Vol. 12 No. 2 Juli 2014 ISSN Daftar Isi

Recommend Documents