Selulosa adalah: Pengertian, Jenis, Struktur, Manfaat, Sifat

Selulosa adalah komponen utama dari dinding sel tumbuhan, dan bahan bangunan dasar bagi banyak tekstil dan kertas. Kapas adalah bentuk alami murni selulosa. Di laboratorium, kertas ashless filter adalah sumber selulosa hampir murni.

Selulosa adalah molekul yang terdiri dari karbon, hidrogen, dan oksigen, dan ditemukan dalam struktur selular hampir semua materi tanaman. Senyawa organik ini, yang dianggap paling melimpah di bumi, bahkan diekskresikan oleh beberapa bakteri.

Selulosa adalah polimer alam, rantai panjang yang dibuat dengan menghubungkan molekul yang lebih kecil. Link dalam rantai selulosa adalah jenis gula: ß-D-glukosa. Dua molekul tidak tertaut ß-D-glukosa digambarkan pada gambar dibawah [1]. Unit gula terkait ketika air dihilangkan dengan menggabungkan -OH dan H yang disorot dalam dengan warna abu-abu.

Selulosa adalah salah satu biomaterial paling berlimpah di bumi. Umumnya disintesis oleh tumbuhan, tetapi juga diproduksi oleh beberapa bakteri. Seperti halnya pati, selulosa adalah homopolimer glukosa, namun tidak seperti pati, monomer glukosa bergabung dengan hubungan β-1,4. Selulosa, polisakarida tangguh, berserat, dan tidak larut air, memainkan peran integral dalam menjaga struktur dinding sel tumbuhan stabil.

20 Rantai selulosa disusun dalam mikrofibril atau bundel polisakarida yang disusun dalam fibril (bundel mikrofibril), yang pada gilirannya membentuk dinding sel tumbuhan. Pengaturan ini tidak hanya membantu dalam stabilitas struktur tanaman tetapi juga menunjukkan bahwa selulosa adalah biomaterial dengan kekuatan tinggi dan sifat mekanik superior lainnya.

Selulosa disintesis oleh sejumlah besar organisme hidup mulai dari bakteri Acetobacter xylinum hingga pohon hutan. A. xylinum menghasilkan jumlah selulosa yang melimpah dan bakteri ini telah digunakan sebagai sistem model untuk studi tentang biosintesis selulosa dan struktur produk selulosa. Selulosa disintesis oleh enzim selulosa sintase, protein membran yang mengkatalisasi polimerisasi langsung glukosa dari substrat UDP-glukosa menjadi produk selulosa.

Gen untuk sintase selulosa telah diidentifikasi dari banyak bakteri, Dictyostelium discoideum, dan tumbuhan tingkat tinggi. Analisis urutan protein yang diprediksi memungkinkan identifikasi residu yang dilestarikan dalam sintase selulosa dari berbagai organisme. Residu yang dilestarikan ditemukan di daerah globular dari selulosa sintase.

Dengan menggunakan percobaan mutagenesis yang diarahkan langsung ke lokasi, kami telah menunjukkan bahwa residu asam amino yang terkonservasi diperlukan untuk aktivitas selulosa sintase dalam A. xylinum. Meskipun aktivitas selulosa sintase dapat dipantau secara in vitro menggunakan fraksi membran dari A. xylinum, tidak mudah untuk memantau aktivitas ini ketika fraksi membran dari tanaman digunakan.

Pengertian Selulosa

Selulosa adalah polimer glukosa yang berbentuk rantai linier dan dihubungkan oleh ikatan β-1,4 glikosidik. Struktur yang linier menyebabkan selulosa bersifat kristalin dan tidak mudah larut. Selulosa tidak mudah didegradasi secara kimia maupun mekanis. Di alam, biasanya selulosa berasosiasi dengan polisakarida lain seperti hemiselulosa atau lignin membentuk kerangka utama dinding sel tumbuhan (Holtzapple et.al 2003).

Jenis Selulosa

Unit penyusun (building block) selulosa adalah selobiosa karena unit keterulangan dalam molekul selulosa adalah 2 unit gula (D-glukosa). Selulosa adalah senyawa yang tidak larut di dalam air dan ditemukan pada dinding sel tumbuhan terutama pada tangkai, batang, dahan, dan semua bagian berkayu dari jaringan tumbuhan. Selulosa merupakan polisakarida struktural yang berfungsi untuk memberikan perlindungan, bentuk, dan penyangga terhadap sel, dan jaringan (Lehninger 1993) (Gambar 1).

Selulosa tidak pernah ditemukan dalam keadaan murni di alam, tetapi selalu berasosiasi dengan polisakarida lain seperti lignin, pectin, hemiselulosa, dan xilan (Goyskor dan Eriksen 1980 dalam Fitriani 2003). Kebanyakan selulosa berasosiasi dengan lignin sehingga sering disebut sebagai lignoselulosa. Selulosa,hemiselulosa dan lignin dihasilkan dari proses fotosintesis. Di dalam tumbuhan molekul selulosa tersusun dalam bentuk fibril yang terdiri atas beberapa molekul paralel yang dihubungkan oleh ikatan glikosidik sehingga sulit diuraikan (Goyskor dan Eriksen 1980 dalam Fitriani 2003). Komponen-komponen tersebut dapat diuraikan oleh aktifitas mikroorganisme. Beberapa mikroorganisme mampu menghidrolisis selulosa untuk digunakan sebagai sumber energi, seperti bakteri dan fungi (Sukumaran et.al 2005).

Selulosa α merupakan kualitas selulosa yang paling tinggi (mumi). Selulosa α > 92% memenuhi syarat untuk digunakan sebagai bahan baku utama pembuatan propelan dan atau bahan peledak. Sedangkan selulosa kualitas dibawahnya digunakan sebagai bahan baku pada industri kertas dan industri sandang/kain (serat rayon). Selulosa dapat disenyawakan (esterifikasi) dengan asam anorganik seperti asam nitrat (NC), asam sulfat (SC) dan asam fosfat (FC). Dari ketiga unsur tersebut, NC memiliki nilai ekonomis yang’ strategis daripada asam sulfat/SC dan fosfat/FC karena dapat digunakan sebagai sumber bahan baku propelan/bahan peledak pada industri pembuatan munisi/mesin dan atau bahan peledak.

Terdapat 3 (tiga) jenis selulosa diantaranya sebagai berikut :

Selulosa α

Selulosa α adalah selulosa berantai panjang, tidak larut di dalam larutan NaOH 17,5% atau larutan basa kuat dengan derajat polimerisasi 600 – 1500.

Selulosa ß

Selulosa ß adalah jenis selulosa berantai pendek, larut di dalam larutan NaOH 17,5% atau basa kuat dengan derajat polimerisasi 15-90, ini dapat/bisa mengendap bila dinetralkan.

Selulosa γ

Selulosa γ adalah selulosa yang sama dengan selulosa ß, namun ini derajat polimerisasinya kurang dari 15.

Struktur Selulosa

Selulosa merupakan polisakarida yang tersusun atas monomer glukosa. Selulosa terdiri atas sekitar 300.000 monomer dengan berat molekul 245.000 hingga 1.000.000 g/mol. Selulosa memiliki rumus molekul ( C5H10O5 ) n. Selulosa mempunyai bentuk bercabang-cabang, Monomer-monomer yang tersusun secara linear kemudian diantara polimer-polimernya terdapat ikatan hydrogen yang menghubungkan satu polimer dengan yang lain.

Dengan struktur yang demikian menyebabkan selulosa mempunyai struktur yang kompak serta kuat, Karakteristik inilah yang membuat tumbuhan sulit untuk dicerna oleh tubuh hewan pada umumnya. Sementara untuk kelompok herbivora mengadakan simbosis dengan mikroorganisme, selulotik untuk bisa memanfaatkan enzim selulosa supaya dapat mencerna selulosa tumbuhan. Hal inilah yang menyebabkan herbivora mampu menyerap nutrisi yang ada pada tumbuhan.

Umumnya tubuh hewan tidak mampu menghasilkan enzim selulase, namun beberapa mikroorganisme seperti bakteri ataupun flagellate mampu menghasilkan enzim tersebut. Sehingga hewan-hewan herbivora seperti sapi, kambing, kuda akan mengadakan simbosis dengan mikroorganisme tersebut untuk membantu proses pencernaan selulosa dalam makanannya.

Untuk karakteristik selulosa yang kuat sulit untuk dicerna oleh sebagian hewan. Pemecahan selulosa terjadi melalui proses selulolisis yakni hidrolisis ikatan hydrogen pada rantai selulosa yang dapat menggunakan senyawa asam atau enzim khusus pemecah selulosa. Dalam pemecahan selulosa akan menghasilkan senyawa polisakarida yang lebih kecil yakni sellodekstrin terurai menjadi glukosa. Struktur ikatan selulosa yang sangat kuat tidak akan terurai dengan air panas. Itulah mengapa kita sangat sulit untuk mencerna sayuran.

Untuk struktur kimia selulosa terdiri dari unsur C, O, H yang membentuk rumus molekul (C6H10O5)n, dengan ikatan molekulnya ikatan hidrogen yang sangat erat.

Ikatan hidrogen intramolekular terbentuk antara:

  • Gugus hidroksil C3 pada unit glukosa serta atom O cincin piranosa yang terdapat pada unit glukosa terdekat.
  • Gugus hidroksil pada C2 serta atom O pada C6 unit glukosa tetangganya. Ikatan hidrogen antarmolekul ini terbentuk antara gugus hidroksil C6 serta atom O pada C3 di sepanjang sumbu b.
  • Dengan adanya ikatan hidrogen serta juga gaya van der Waals yang terbentuk, maka struktur selulosa ini bisa tersusun secara teratur serta membentuk daerah kristalin. Di samping itu, terbentuk rangkaian struktur yang tidak tersusun dengan secara teratur yang akan membentuk daerah nonkristalin atau amorf. Semakin tinggi packing densitynya maka selulosa akan berbentuk kristal, sedangkan untuk semakin rendah packing density maka selulosa akan berbentuk amorf.

Derajat kristalinitas selulosa ini dipengaruhi oleh sumber serta perlakuan yang diberikan. Rantai selulosa ini akan bergabung menjadi satu kesatuan membentuk mikrofibril, bagian kristalin akan bergabung dengan bagian nonkristalin. Mikrofibril ini akan bergabung membentuk fibril, lalu gabungan fibril akan membentuk serat.

Manfaat

Serat rami (Boehmeria nivea ini merupakan bahan yang dapat diolah untuk kain fashion berkualitas tinggi dan bahan pembuatan selulosa berkualitas tinggi (selulose α). Selulosa α berkualitas tinggi merupakan salah satu unsur pokok pembuatan bahan peledak dan atau propelan (propellant) yaitu isian dorong untuk meledakkan peluru. Kayu dan serat rami dapat diolah menjadi pulp berkualitas tinggi sebagai bahan baku.

Selulosa zantat Digunakan dalam pembuatan kain sutera tiruan, Untuk menghasilkan rayon atau viscose dan selopan. pembuatan aneka jenis kertas Industri-indusri yang menggunakan selulosa sebagai bahan baku meliputi industri kertas, industri yang memproduksi bahan penyerap (absorbent) seperti popok bayi, kertas, tissue, pembalut wanita dan lain-lain. Industri yang memproduksi Carboxy Methyl Cellulose (CMC) untuk digunakan pada industri makanan dan industri memproduksi selulosa asetat dan selulosa nitrat sebagai bahan plastik dan tekstil (rayon). Berbagai jenis kayu dapat juga dimanfaatkan sebelum diolah untuk diambil selulosanya, misalnya : untuk keperluan bahan bangunan seperti untuk lantai, dinding, pintu, kusen dan untuk bantalan rel kereta api, tiang listrik, telepon, untuk alat musik, alat olahraga, bagian-bagian kapal, bus, kereta api, aeromodelling dan lain-lain.

Pemanfaatan Selulosa di bidang Pertahanan TNI sebagai komponen utama pertahanan negara dalam melaksanakan tugas pokoknya, mempertahankan keutuhan wilayah NKRI memerlukan berbagai jenis alat/sarana termasuk persenjataan. Sebagai bahan baku utama pembuatan propelan atau bahan peledak. Sedangkan selulosa kualitas dibawahnya digunakan sebag Selain dimanfaatkan untuk industri pulp, tekstil (rayon dan cotton), film dan peralatan rumah tangga, selulosa juga dimanfaatkan untuk industri pembuatan selulosa asetat.

Selulosa asetat digunakan sebagai membran ultra filtrasi, pemisahan metanol – metil tersier butil ester, dan proses osmosis balik dalam pengolahan limbah pelapisan logam (electroplating) bahan baku pada industri kertas dan industri tekstil. Turunan selulosa yang dikenal dengan carboxymethyl cellulose (CMC) sering dipakai dalam industri makanan untuk mendapatkan tekstur yang baik. Misalnya pada pembuatan es krim, pemakaian CMC akan memperbaiki tekstur dan kristal laktosa yang terbentuk akan lebih halus. CMC juga sering dipakai dalam bahan makanan untuk mencegah terjadinya retrogradasi.

Sifat Selulosa

Menurut Fengel serta Wegener (1984), sifat selulosa ini terdiri dari sifat fisika serta sifat kimia. Selulosa rantai panjang mempunyai sifat fisik yang lebih kuat, lebih tahan lama ini terhadap degradasi yang disebabkan oleh pengaruh panas, bahan kimia atau juga pengaruh biologis.

Sifat lain dari selulosa, diantaranya adalah:

  • Dapat terdegradasi oleh hidrolisa, oksidasi, fotokimia atau juga dengan secara mekanis sehingga berat molekulnya menurun.
  • Tidak larut di dalam air maupun pelarut organik, namun sebagian larut dalam larutan alkali.
  • Dalam keadaan kering, selulosa ini memiliki sifat higroskopis, keras serta rapuh. Apabila selulosa cukup banyak mengandung air maka akan memiliki sifat lunak. Jadi fungsi air disini ialah sebagai pelunak.
  • Selulosa dalam kristal mempunyai kekuatan lebih baik dibandingkan dengan bentuk amorfnya.

Menurut Harsini serta Susilowati (2010), sifat serat selulosa diantaranya yaitu:

  • Mempunyai kekuatan tarik yang tinggi.
  • Dapat membentuk jaringan.
  • Tidak mudah larut dalam air, alkali serta pelarut organik.
  • Relatif tidak berwarna.
  • Mempunyai kemampuan mengikat yang lebih kuat.

Loading…

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *