7

Bab II Tinjauan Pustaka

Pada bagian ini akan dijelaskan tentang proses pembuatan pulp, proses pemutihan

pulp, penggunaan enzim dari jamur pelapuk putih dalam mendegradasi lignin dan

produksi enzim dari jamur pelapuk putih.

II.1 Pembuatan Pulp

Bahan utama untuk membuat pulp adalah biomassa yang banyak mengandung

selulosa. Biomassa tersebut dapat berupa tanaman kayu maupun bukan kayu (non-

wood). Komponen kimia terbesar dalam biomassa adalah selulosa, hemiselulosa

dan lignin. Lignin merupakan komponen yang tidak disenangi dalam pembuatan

pulp dan kertas. Oleh karena itu, lignin perlu dihilangkan atau diputihkan sesuai

dengan tingkatan pulp yang diinginkan (Smook, 1992).

Selulosa merupakan polimer rantai panjang yang tersusun atas glukosa pada

ikatan -1,4 glukosidik. Rumus kimia selulosa adalah (C6H10O5)n dengan n adalah

jumlah pengulangan unit gula atau Derajat Polimerisasi (DP) seperti pada gambar

II.1. Berbeda dengan selulosa yang hanya terdiri atas glukosa, hemiselulosa terdiri

atas 5 macam gula yang berbeda yaitu glukosa, mannosa, galaktosa, xylosa dan

arabinosa. Bersama dengan selulosa, hemiselulosa membentuk holoselulosa.

Dalam sel kayu selulosa dan hemiselulosa banyak terdapat pada lapisan sekunder

(S1 dan S2) (Kocurek, 1993).

Gambar II.1. Struktur selulosa (Kocurek, 1993)

Struktur molekul lignin seperti pada gambar II.3. sangat berbeda dengan

polisakarida (selulosa dan hemiselulosa) karena terdiri dari sistem aromatik yang

tersusun atas unit fenilpropan. Lignin merupakan zat amorf dimana berat

8

molekulnya sulit ditetapkan. Dalam sel kayu lignin berfungsi sebagai perekat

antar serat dan banyak terdapat pada lapisan lamela tengah seperti disajikan pada

gambar II.2.

Gambar II.2. Struktur serat tunggal (Kocurek, 1993)

Gambar II.3. Struktur lignin (Kocurek, 1993)

9

Pulping adalah proses pengubahan kayu menjadi serat dengan kandungan

selulosa tinggi dengan menghilangkan lignin. Proses komersial pulping

diklasifikasikan menjadi proses mekanis, kimia dan semikimia (Smook, 1992).

II.1.1 Proses Mekanis

Pembuatan pulp dengan proses mekanis terdidri atas dua cara yaitu dengan

penggilingan (refining) dan penggerindaan (grinding). Proses mekanis

menghasilkan rendemen tinggi (sampai 95%) dan kertas dengan bulk tinggi,

opasitas dan kemampuan cetak yang baik. Namun, proses tersebut menggunakan

energi yang banyak dan menghasilkan kertas dengan kekuatan yang rendah dan

kandungan pitch yang tinggi (Smook, 1992). Proses ini terbagi atas :

(1) Stone Groundwood Pulp (SGW), yaitu pulp yang dihasilkan dari pemotongan

kayu log (biasanya panjang 4 feet) menjadi serat-serat pendek

(2) Refiner Pulp (RMP), yaitu pulp yang dihasilkan dari chip kayu dan atau

residu yang terbuang

(3) Thermomechanical pulp, yaitu pulp yang memiliki riap tinggi (high-yield)

yang dihasilkan melalui proses dimana partikel-partikel kayu dihaluskan

melalui pemanasan yang bertekanan sebelum diproses pada tahap pemurnian

bertekanan. TMP umumnya digunakan pada pabrik-pabrik yang menghasilkan

kertas koran dan kertas cetak mekanis. Beberapa pabrik tua telah mengganti

proses operasinya dari sebelumnya menggunakan operasi SGW dan sulfit

menjadi TMP.

(4) Chemitermomechanical pulp (CTMP), merupakan jenis pulp yang dihasilkan

melalui proses dimana chip kayu diperlakukan dengan bahan kimia sebelum

dipanaskan dan dimurnikan. Pabrik kertas yang terintegrasi umumnya

menggunakan proses CTMP tanpa pemutihan. Sedangkan CTMP dengan

pemutihan dan kering dijual sebagai market pulp, yang saat ini tumbuh pesat

dan umum digunakan dalam produksi berbagai jenis/grade kertas, termasuk

kertas non-kayu (woodfree paper).

10

II.1.2 Proses Kimia

Tujuan dari proses kimia adalah mendegradasi dan melarutkan lignin tanpa

menghilangkan selulosa dan hemiselulosa dalam pembuatan serat. Dalam

prakteknya, proses kimia berhasil menghilangkan banyak lignin, namun juga

mendegradasi hemiselulosa dan selulosa dalam jumlah tertentu. Oleh karena itu,

rendemen yang dihasilkan relatif rendah, sekitar 40-50 %. Pada proses kimia,

serpih kayu dimasak menggunakan bahan kimia dalam bentuk larutan pada suhu

dan tekanan tertentu. Ada dua metode utama proses ini yaitu proses kraft (alkali)

dan proses sulfit (asam).

Proses kimia yang paling banyak digunakan adalah proses kraft. Pada proses

kraft, serpih kayu dimasak dalam larutan NaOH dan Na2S. Alkali merusak

molekul lignin menjadi bagian yang lebih kecil yang larut dalam cairan pemasak.

Perubahan struktur lignin selama proses pemasakan kraft disajikan pada gambar

II.4. Proses kraft menghasilkan kertas yang kuat. Proses kraft merupakan

pengembangan dari proses soda. Pada proses soda hanya menggunakan NaOH

sebagai cairan pemasak. Konversi natrium sulfida dalam cairan hasil pemasakan

menunjukkan perbaikan dalam kinetika reaksi dan sifat pulp selama pemasakan

terutama untuk kajujarum (softwood). Natrium sulfida hanya sedikit berpengaruh

pada pembuatan pulp dari kayudaun (hardwood). Pulp dari kayudaun masih

dibuat dengan proses soda. Proses ini juga biasa disebut proses sulfat karena

natrium sulfat biasanya digunakan sebagai make-up bahan kimia selama

pemasakan (Kocurek, 1993).

II.1.3 Proses Semikimia

Proses semikimia merupakan kombinasi proses kimia dan mekanis. Serpih kayu

mengalami perlakuan awal berupa pelunakan dan penghancuran dengan bahan

kimia, kemudian baru dilakukan proses mekanis. Rendemen pulp semikimia

terletak antara rendemen dan pulp mekanis yaitu antara 55%-90%. Perbandingan

proses pembuatan pulp disajikan dalam tabel II.1.

11

Gambar II.4. Perubahan struktur lignin selama pemasakan proses kraft

(Gullichsen, 2000)

Tabel II.1. Perbandingan proses pembuatan pulp (Smook, 1992)

Mekanis Semikimia Kimia

Proses dengan energi mekanis (sedikit atau tanpa bahan kimia dan panas)

Proses dengan kombinasi bahan kimia dan perlakuan mekanis

Proses dengan bahan kimia dan panas (sedikit atau tanpa energi mekanis)

Rendemen* tinggi (90-95%)

Rendemen sedang (55-90%)

Rendemen rendah (40-55%)

Serat pendek dan kotor kekuatan rendah tidak stabil

Sifat pulp sedang Serat panjang, murni - kuat - stabil

Kualitas cetak baik Kualitas cetak buruk Pemutihan sulit Pemutihan mudah Contoh :

pulp kayuasah pulp RMP pulp TMP

Contoh : - pulp NSSC - pulp Kraft rendemen

tinggi

Contoh : - pulp Kraft - pulp sulfit - pulp soda

mula-mulakayukeringberatdihasilkanyangpulpkeringberatRendemen* =

II.2 Pemutihan Pulp

Pulp yang dihasilkan dari proses kimia masih berwarna kecoklatan sehingga untuk

mendapatkan produk kertas yang berwarna putih maka pulp tersebut perlu

diputihkan (bleaching). Tujuan utama dari proses pemutihan adalah untuk

PEMASAKAN

Lignin dalam kayu Lignin setelah pemasakan proses kraft

12

meningkatkan derajat putih, sehingga pulp tersebut sesuai untuk dibuat kertas

dengan jenis tertentu. Proses pemutihan pulp tidak hanya membuat pulp menjadi

lebih putih atau cerah, tetapi juga membuatnya stabil sehingga tidak menguning

atau kehilangan kekuatan dan derajat putih selama penyimpanan.

Ada dua pendekatan yang digunakan dalam pemutihan pulp yaitu (1)

penghilangan lignin (delignifikasi) dan (2) perlindungan lignin. Pendekatan

pertama digunakan untuk pulp kimia. Lignin sisa pemasakan dihilangkan melalui

serangkaian proses pemutihan. Pendekatan kedua untuk pulp rendemen tinggi

(pulp mekanis), yang biasanya hanya memberikan kenaikan derajat putih sedang

(Sjstrm, 1995). Pada bagian ini hanya akan mengulas proses pemutihan dengan

cara delignifikasi (pendekatan pertama) menggunakan bahan kimia dan enzim.

II.2.1 Tahap-tahap Pemutihan Konvensional

Pemutihan modern biasanya dilaksanakan dalam rangkaian langkah yang

bijaksana dengan menggunakan bahan kimia dan kondisi yang berbeda dalam tiap

tahap, diselingi pencucian diantara tahapan tersebut. Perlakuan kimia yang

umumnya digunakan dan singkatan istilah perlakuan tertera sebagai berikut :

Klorinasi (C) : reaksi dengan gas klor dalam media asam

Ekstraksi yang bersifat basa (E) : pelarutan hasil reaksi dengan NaOH

Hipoklorinasi (H) : reaksi dengan hipoklorit dalam larutan basa

Klordiksida (D) : reaksi dengan ClO2 dalam media asam

Peroksida (P) : reaksi dengan peroksida dengan media

alkali

Oksigen (O) : reaksi dengan oksigen pada tekanan tinggi

dalam media alkali

(Dc) atau (Co) : campuran gas klor dan klordioksida

Pada tahap klorinasi, klor dapat mengubah lignin dalam pulp menjadi senyawa

yang dapat larut dalam air atau basa. Klor tidak pernah dipakai sendiri tetapi

selalu dipakai bersamaan dengan ekstraksi alkali dan pada umumnya selalu diikuti

dengan bahan pemutih lainnya seperti hipoklorit, klordioksida atau hidrogen

13

peroksida. Klorinasi biasanya berlangsung dalam konsistensi rendah, sekitar 2,5 -

4% dan pada suhu kamar. Klor bereaksi sangat cepat dengan pulp dan dikonsumsi