Pengaruh penuaan, iklim, faktor fisik, dan lokasi terhadap parameter kualitas kulit kayu akasia hitam ( Acacia mearnsii de Wild.)

Abstrak
Wattle hitam ( Acacia mearnsii De Wild.) merupakan tanaman pohon utama di Afrika Selatan, yang bernilai karena kulit kayu dan kayunya, yang keduanya memberikan kontribusi signifikan terhadap pendapatan ekspor. Pemanenan kulit kayu wattle dimulai pada musim hujan di bulan September dan berlanjut hingga bulan Mei. Selama waktu ini, kulit kayu yang dipanen diangkut ke tiga fasilitas pemrosesan. Perjalanan, yang meliputi pengupasan dan pengangkutan dan berlangsung selama beberapa hari, memaparkan kulit kayu pada berbagai kondisi lingkungan, seperti suhu, curah hujan, kelembapan, dan cahaya, yang semuanya dapat memengaruhi kualitas kulit kayu. Penurunan ekstraktif, penggelapan kulit kayu, dan hilangnya tanin merupakan contoh penurunan kualitas kulit kayu. Untuk meniru kondisi pascapanen, percobaan dilakukan menggunakan sampel kulit kayu segar yang dikumpulkan dua bulan sekali dari bulan September 2020 hingga Juli 2021. Sampel-sampel ini mengalami berbagai kondisi suhu, cahaya, dan kelembapan untuk mensimulasikan skenario kehidupan nyata dan mengukur tingkat penurunan kualitas kulit kayu. Parameter kualitas, termasuk total ekstraktif, kandungan tanin, dan warna Lovibond dianalisis. Teknik statistik tingkat lanjut, seperti analisis komponen utama (PCA) dan analisis redundansi (RDA), digunakan untuk mengidentifikasi pola dan hubungan antar variabel. Temuan tersebut mengungkapkan bahwa perubahan musim dan kondisi khusus lokasi memengaruhi kualitas kulit kayu secara signifikan, khususnya memengaruhi warna Lovibond, indikator kualitas utama. Studi ini menggarisbawahi dampak kondisi lingkungan pra-ekstraksi terhadap kualitas ekstraktif kulit kayu. Sangat penting untuk mengembangkan strategi guna mengurangi dampak ini guna meminimalkan variabilitas dan memastikan produksi produk berkualitas tinggi yang konsisten. Studi ini juga menyoroti perlunya penelitian yang lebih mendalam di masa mendatang.

Perkenalan
Berbagai daerah di Afrika Selatan secara iklim cocok untuk budidaya akasia. 1 Meskipun akasia hitam ( Acacia mearnsii ) dan akasia hijau ( Acacia decurrens var. dealbata (Link) F. Muell.) dibudidayakan secara komersial, hanya akasia hitam yang memiliki nilai ekonomi signifikan di Afrika Selatan. Akasia hitam menghasilkan kulit kayu dan kayu. 2 Nilai tambah yang dihasilkan oleh kulit kayu mengharuskan periode pemanenan diperpanjang hingga musim hujan. Di musim dingin, kondisi dingin dan kering menghentikan pengupasan kulit kayu secara manual. 3 Kulit kayu diproses di tiga pabrik yang terletak di area produksi utama, dengan produksi rata-rata 45.000 ton bubuk ekstrak kulit kayu akasia setiap tahunnya. 4 Kulit kayu akasia hitam segar idealnya harus tiba di pabrik secepat mungkin setelah pengupasan, pada sore yang sama dengan saat panen, 5 untuk mengurangi kehilangan air dan bentuk kerusakan kulit kayu lainnya. Fermentasi dan oksidasi komponen kulit kayu dapat terjadi dengan cepat, sehingga mengurangi kualitas kulit kayu. 6

Kualitas kulit kayu dinilai berdasarkan persentase zat ekstraktif, kandungan tanin, dan warna kulit kayu. Kadar zat ekstraktif dan tanin yang lebih tinggi dianggap lebih baik. Kulit kayu yang tampak pucat dan memiliki warna Lovibond yang rendah lebih disukai. 7 Kualitas ditentukan terutama oleh kandungan tanin karena ini merupakan komponen utama zat ekstraktif dari kulit kayu. Nilai tanin dapat berkisar dari 27,1% hingga 41,8%, dengan nilai rata-rata 36,8% (tanpa kadar air). 8

Kadar tanin dapat dikaitkan dengan beberapa faktor, yang meliputi jarak perkebunan dari laut, ketinggian, curah hujan per tahun, curah hujan tahunan rata-rata, dan faktor-faktor yang berhubungan dengan tanah. Akan tetapi, bahkan faktor yang berhubungan dengan lokasi yang paling signifikan hanya mencakup 20% dari varians dalam total ekstraktif, 9 yang menunjukkan bahwa ada faktor-faktor lain yang memengaruhi kulit kayu yang belum terdokumentasikan. Diketahui bahwa kulit kayu berkualitas unggul dalam hal ekstraktif, tanin, dan warna dihasilkan pada akhir musim panas atau awal musim gugur, dan kualitas terburuk terjadi pada awal musim semi. 6 Pengaruh-pengaruh ini perlu diselidiki untuk memahami faktor-faktor pendorong kualitas kulit kayu.

Salah satu penentu utama jumlah zat ekstraktif yang ada adalah tingkat kelembapan kulit kayu. Semakin tinggi tingkat kelembapan, semakin rendah konsentrasi zat ekstraktif dalam kulit kayu karena massa bahan bakunya lebih besar. Tingkat kelembapan dipengaruhi oleh waktu pengiriman ke pabrik, usia pohon, dan iklim. 10 Warna zat ekstraktif kulit kayu merupakan parameter kualitas penting yang menentukan nilai komersial zat ekstraktif. Zat ekstraktif pucat sangat bernilai dan zat ekstraktif gelap memiliki nilai yang jauh lebih rendah. Akibatnya, warna kiriman kulit kayu akasia penting dalam pemeringkatan kulit kayu untuk kualitas dan karenanya harga yang dibayarkan kepada petani untuk kiriman kulit kayu yang dikirim ke pabrik atau depo. 11 Namun, tidak ada penelitian dalam literatur yang menghubungkan faktor lingkungan dengan warna kulit kayu dan zat ekstraktif kulit kayu. Para petani dibayar untuk setiap kiriman kulit kayu akasia berdasarkan warna dan penyajian setiap kiriman kulit kayu akasia dan oleh karena itu, demi kepentingan terbaik mereka, mengirimkan kulit kayu berwarna terang. Akan tetapi, hal ini sebagian besar berada di luar kendali petani. 12 Penebangan pohon biasanya dilakukan pada musim hujan, dan kondisi yang terus-menerus lembap menyebabkan perubahan warna kulit kayu, terutama pada permukaan bagian dalam. Kondisi lembap juga dapat menyebabkan hilangnya tanin dan nontanin akibat fermentasi dalam pengiriman, yang memengaruhi kualitas produk ekstrak akhir. Suhu yang tinggi dan sinar matahari langsung juga mempercepat perubahan warna, yang menyebabkan kulit kayu berkualitas buruk. 13

Iklim (cuaca) dan karakteristik tanah merupakan dua faktor utama yang mempengaruhi pertumbuhan dan kualitas pohon, dengan satu penelitian tentang akasia hitam menunjukkan bahwa 90% variasi antar pohon disebabkan oleh karakteristik tanah. 14

Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki pengaruh iklim, tanah, dan paparan berbagai kondisi lingkungan terhadap parameter kualitas kulit kayu gelondongan setelah panen. Karakteristik kualitas utama yang dievaluasi adalah warna Lovibond dari ekstraktif kulit kayu. Tujuannya adalah untuk menentukan sejauh mana kondisi simulasi yang berbeda, serta karakteristik iklim dan tanah lokasi, memengaruhi warna kulit kayu dan ekstraktif kulit kayu.

Bahan dan metode
Penelitian ini dilakukan selama tahun 2020 dan 2021 di Institute for Commercial Forestry Research (ICFR), Pietermaritzburg, KwaZulu-Natal, Afrika Selatan. Sampel kulit kayu dan tanah segar dari pohon akasia hitam ( Acacia mearnsii De Wild.) diambil setiap dua bulan dari perkebunan Harden Heights (koordinat GPS – 29° 16′ S, 30° 37′ E) di KwaZulu-Natal, Afrika Selatan. Sampel kulit kayu pabrik juga dikumpulkan selama periode ini untuk analisis warna.

Pengumpulan, pengolahan, dan analisis sampel kulit kayu dan tanah akasia hitam
Koleksi sampel kulit kayu akasia hitam
Sampel kulit kayu akasia hitam segar dikumpulkan setiap dua bulan, pada awal musim hujan, dari September 2020 hingga Juli 2021. Empat pohon diambil sampelnya pada setiap acara pengambilan sampel dalam waktu 24 jam. Sampel kulit kayu diambil pada diameter setinggi dada (DBH) 1,3 m menggunakan golok baja tahan karat. Lebar pita sampel adalah 10 cm, dan sampel diambil di sekeliling lingkar pohon. Gambar 1 mengilustrasikan (A) lebar pita setiap sampel pohon akasia yang dikumpulkan dan (B) bagian kulit kayu tertentu yang dipilih untuk diproses.

Sampel kulit kayu dimasukkan ke dalam kantong plastik, disegel vakum, dan ditempatkan dalam kotak pendingin, dengan balok es untuk mencegah kerusakan. Sampel diangkut ke laboratorium ICFR dalam waktu 2 jam untuk diproses lebih lanjut.

Perawatan kulit kayu akasia hitam
Sampel kulit pohon dibagi menjadi 17 sampel menggunakan guillotine baja (Dahle, 561 Premium Trimmer (Dahle New Hampshire, Amerika Utara)). Jumlah sampel per pengambilan sampel adalah 64, dan total 340 sampel dikumpulkan untuk keseluruhan percobaan.

Sampel kulit kayu yang dikumpulkan dipaparkan ke berbagai tingkat cahaya, suhu, dan kelembapan di laboratorium ICFR. Kombinasi perlakuan digunakan untuk mensimulasikan dampak lingkungan utama yang akan dialami kulit kayu akasia yang dipanen. Model kalibrasi inframerah dekat (NIR) dikembangkan dari pemindaian sampel ini, sebagai alat untuk menganalisis kulit kayu akasia dan ekstraktifnya. Variasi sampel merupakan aspek utama pengembangan model NIR, seperti yang dibahas oleh Workman. 15

Sampel dibagi menjadi dua kelompok yang sama yang ditempatkan dalam dua inkubator yang identik (Labcon, Inkubator Suhu Rendah, Model LTIE (Petaluma, CA, AS)). Satu inkubator diatur pada suhu tinggi, 35 °C ± 1 °C, dan yang lainnya pada suhu rendah, 15 °C ± 1 °C, untuk mensimulasikan kisaran suhu atas dan bawah yang biasanya terjadi pada kulit kayu akasia yang dipanen.

Sampel diambil dari kulit kayu segar yang belum diolah ( t  = 0 jam), terkena berbagai kondisi cahaya, suhu, dan kelembapan, dan diambil sampelnya lagi setelah 2 hari ( t  = 48 jam) dan 4 hari ( t  = 96 jam). Hal ini dilakukan untuk mensimulasikan waktu tunda yang umum antara pemanenan kulit kayu, pengangkutan, dan pemrosesan di pabrik, yang dapat memakan waktu hingga 4 hari sejak pemanenan.

Setengah dari sampel kulit kayu di setiap inkubator dibasahi dua kali sehari selama masa inkubasi untuk mensimulasikan kondisi kelembaban tinggi yang disebabkan oleh curah hujan atau embun di lapangan. Setengah lainnya tidak dibasahi, untuk mensimulasikan kondisi kering.

Kondisi siang dan malam juga disimulasikan dalam rasio 16:8 (siang:malam). Sumber cahaya buatan digunakan untuk mensimulasikan cahaya siang di inkubator, seperti yang tercantum di bawah ini, dan dinyalakan dan dimatikan secara otomatis pada waktu yang ditentukan:

• Philips TL8WY08 F8T5BLB (Jepang) sebagai sumber cahaya ultraviolet (UV) (Philips (Johanessburg, Afrika Selatan)).
• Tabung fluoresensi Atelec FLA – 30 112 -1 CW 240 V (The Lighting Warehouse (Johannesburg, Afrika Selatan)).
• Lampu tanam hidro LED 600 W spektrum penuh (126X – Lampu tanam LED Pro) (Teknologi Nanolux (Johannesburg, Afrika Selatan)) untuk mensimulasikan cahaya matahari sebanyak mungkin.

Gambar 2 menunjukkan simulasi kondisi siang (A) dan malam (B) dalam inkubator.

Kantong kertas cokelat digunakan untuk menutupi sampel yang tidak terkena cahaya selama siklus siang hari, yang mensimulasikan kondisi paparan cahaya terbatas – misalnya, kulit kayu di dasar tumpukan, atau di dalam tumpukan, yang disimpan atau diangkut – untuk menguji apakah paparan cahaya memiliki efek langsung atau interaktif pada kandungan dan warna ekstraktif kulit kayu. Tabel 1 menguraikan kombinasi perlakuan.

Tabel 1. Kombinasi perlakuan sampel kulit kayu akasia hitam. Tanda centang (X) merupakan indikator parameter perlakuan yang diuji. Delapan kombinasi perlakuan berbeda diterapkan.

Berbagai kombinasi pengobatan adalah:

1. Suhu rendah + kelembaban rendah + terkena cahaya.
2. Suhu rendah + kelembaban rendah + tidak terkena cahaya.
3. Suhu rendah + kelembaban tinggi + terkena cahaya.
4. Suhu rendah + kelembaban tinggi + tidak terkena cahaya.
5. Suhu tinggi + kelembaban rendah + terkena cahaya.
6. Suhu tinggi + kelembaban rendah + tidak terkena cahaya.
7. Suhu tinggi + kelembaban tinggi + terkena cahaya.
8. Suhu tinggi + kelembaban tinggi + tidak terkena cahaya.

Kombinasi perlakuan memungkinkan analisis menyeluruh tentang dampak faktor lingkungan terhadap kualitas kulit kayu. Mengevaluasi kombinasi ini memungkinkan eksplorasi interaksi antar variabel.

Sampel kulit kayu segar dan yang telah diolah dikeringkan beku setelah pengolahan yang ditentukan menggunakan pengering beku (seri Virtis BT Pro (United Scientific (Roodepoort, Afrika Selatan)) pada suhu -70 °C dan 175 mTorr selama 48 jam, hingga tercapai massa konstan.

Sampel kemudian digiling hingga 0,5 mm menggunakan mesin penggiling ZM200 Retsch (Retsch, Newtown, PA, AS). Sampel kulit kayu yang digiling dan dikeringkan beku dikeringkan hingga kadar airnya kurang dari 1%. Sampel kemudian disimpan pada suhu -20 °C untuk mencegah degradasi sampel sebelum analisis.

Analisis kulit kayu akasia hitam
Analisis sampel kulit kayu dibagi menjadi dua kelompok seperti di bawah ini:

1. Analisis sampel kulit kayu akasia hitam segar

Sampel kulit kayu segar yang digiling, dikeringkan beku, diekstraksi menggunakan metode autoklaf ganda air (DAW) untuk sampel kulit kayu. 16 Larutan ekstraktif dianalisis menggunakan metode Society of Leather Technologists and Chemists (SLTC) untuk parameter berikut: total ekstraktif, tanin, nontanin, komponen yang tidak larut, Lovibond merah, dan Lovibond kuning (Metode nomor SLT2/3 ak).

Analisis kuantitatif mikronutrien dan makronutrien dilakukan pada sampel kulit kayu yang digiling dan dikeringkan beku yang diabukan dalam tungku muffle (Nabertherm, Shanghai, Cina) dan kemudian dicerna dengan asam klorida 16%. Larutan standar campuran disiapkan dari standar referensi bersertifikat (De Bruyn Spectroscopic Solutions, Midrand, Afrika Selatan) untuk aluminium (Al), boron (B), kalsium (Ca), tembaga (Cu), besi (Fe), kalium (K), magnesium (Mg), mangan (Mn), natrium (Na), fosfor (P), dan seng (Zn). Sampel dianalisis pada Agilent 4100u Microwave Plasma Atomic Emission Spectrometer (MP-AES) (Agilent, Santa Clara, CA, AS) terhadap kurva referensi standar dan hasilnya dilaporkan dalam mg kg −1 .

Sampel juga dianalisis untuk total karbon organik dan anorganik, nitrogen, dan sulfur pada alat analisis Leco Trumac CNS (Leco Corp., St Joseph, MI, AS).

2. Analisis sampel kulit kayu akasia hitam yang telah diolah

Dua puluh persen sampel kulit kayu yang diolah dipilih secara acak dan dianalisis menggunakan metode SLTC untuk mengetahui total ekstraktif, tanin, nontanin, komponen tak larut, Lovibond merah, dan Lovibond kuning (Methon SLT2/3 ak). Sampel-sampel ini digunakan untuk mengembangkan model validasi kulit kayu yang diolah menggunakan spektrometer inframerah dekat transformasi Fourier penganalisis serbaguna Bruker (MPA FTNIR) (Bruker, Billerica, MA, AS). Sebanyak 80% sampel kulit kayu yang diolah, dikeringkan beku, dipindai pada perangkat NIR (Bruker), dan parameter SLTC diprediksi menggunakan modul analisis kuantitatif dari paket perangkat lunak OPUS (versi 8.5, Bruker Optics GmbH & Co. KG, Baden-Württemberg, Jerman).

Pengambilan sampel tanah
Sampel tanah diambil pada setiap acara pengambilan sampel kulit kayu, dari September hingga April, dengan augur Belanda pada 0–15 cm, dan 15–30 cm, di pangkal setiap pohon yang diambil sampel kulitnya. Sampel ditempatkan dalam kantong plastik dan disimpan dalam kotak pendingin selama dalam perjalanan ke ICFR. Sampel dikeringkan dengan udara selama 2–3 minggu sebelum digiling dan diayak hingga berukuran 2,0 mm dan 0,5 mm untuk analisis di ICFR. Semua sampel tanah dianalisis di laboratorium ICFR menggunakan metode ICFR standar untuk analisis tanah, sebagaimana diuraikan dalam manual laboratorium layanan analisis (ALS) ICFR, yang diadaptasi dari Donkin et al . 17

Analisis sampel tanah
Ketiga sampel tanah yang diambil di setiap lokasi digabungkan untuk dianalisis. Sampel dianalisis berdasarkan daftar parameter seperti yang ditentukan di bawah ini:

• Faktor kelembapan (mf). Kadar kelembapan atau mf dihitung dengan membagi massa sampel yang dikeringkan di udara, dikeringkan selama kurang lebih 2 minggu, dengan massa sampel yang dikeringkan di oven, yang dikeringkan semalaman pada suhu 105 °C selama 24 jam dalam oven pengering (Memmert USA LLC, Eagle, WI, AS). Rasio ini selalu lebih besar dari 1.
• pH (kalium klorida KCl). Pertama, 8,0 g tanah yang diayak dan dikeringkan dengan udara berukuran 2 mm ditempatkan dalam gelas dengan larutan KCl 1 mol L ^–1 sebanyak 20 mL . Campuran tanah dan cairan dibiarkan hingga mencapai kesetimbangan semalaman pada suhu ruangan. pH supernatan diukur menggunakan pH probe pada pH meter Orion Star A200 (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, AS), dikalibrasi dengan larutan buffer pH 7,0 dan pH 4,0 (Merck KGaA, Darmstadt, Jerman).
• pH (air H ₂ O). Pertama, 8,0 g sampel tanah kering udara yang diayak berukuran 2 mm ditempatkan dalam tabung gelas dan 20 mL air deionisasi ditambahkan. Campuran ini diaduk secara menyeluruh dan didiamkan semalam pada suhu kamar. pH supernatan diukur menggunakan probe pH pada pH meter Orion Star A200 (Thermo Fisher Scientific) yang dikalibrasi dengan larutan kalibrasi pH 7,00 dan pH 4,00 (Merck).
• Keasaman yang dapat dipertukarkan. Hal ini ditentukan menggunakan metode titrasi. Larutan KCl 1 M (Merck, Jerman) ditambahkan ke sampel tanah dan air. Beberapa tetes larutan indikator fenolftalein – 1 g fenolftalein (Merck) dalam 50 mL etanol 100% dan 50 mL air deionisasi – ditambahkan dan sampel dititrasi menggunakan larutan natrium hidroksida (NaOH) (Merck) 0,01 mol L ^–1  hingga titik akhir, saat warna merah muda tercapai dan dipertahankan setidaknya selama 30 detik. Keasaman yang dapat dipertukarkan kemudian dapat dihitung dari persamaan:
  

Hasilnya dilaporkan dalam cmol c kg −1 tanah.

• Kation yang dapat dipertukarkan. Pertama, 25 mL 1 M amonium asetat C ₂ H ₇ NO ₂ (Merck), disesuaikan dengan pH 7,0 dengan asam asetat (CH₃COOH) atau NaOH sesuai kebutuhan, ditambahkan ke 5,0 g tanah yang dikeringkan di udara, diayak 2 mm dan dikocok pada pengocok bolak-balik (Nomor model: SPLMP8TUPF55 – Lab-Design Engineering, Labcon) selama 10 menit pada 170 rpm (rpm), dan setelah itu disentrifugasi (sentrifugasi Uniscen, Álvarez Redondo SA (Ortoalresa), Madrid, Spanyol) pada 3000 rpm selama 2 menit. Supernatan disaring melalui kertas saring Whatman no. 42 (Merck). Sampel yang disaring kemudian dianalisis pada spektrometer emisi atom Agilent 4100 Microwave Plasma (MP-AES) (Agilent). Garis spektral dan konsentrasi standar kalibrasi ditunjukkan pada Tabel  2 , dan digabungkan dalam larutan ekstraksi 1 M pH 7,0 C ₂ H ₇ NO _{2 pada setiap konsentrasi masing-masing.}
  
  Tabel 2. Panjang gelombang spektral dan larutan standar kalibrasi untuk kation yang dapat dipertukarkan yang diukur pada spektrometer emisi atom Plasma Gelombang Mikro Agilent 4100 (MP-AES).

  Elemen	Panjang gelombang spektral (nm)	Konsentrasi larutan standar (mg kg −1 )
  Kalsium	430.253	0, 100, 200, 300, 600
  Magnesium	383.829	0,5,10,15,30
  Kalium	769.897	0, 5, 10, 15, 30
  Sodium	588.995	0, 0,5, 1, 2, 4

Hasilnya diubah menjadi massa kering oven dan dilaporkan sebagai sentimol muatan positif per kilogram tanah (cmol₊ kg⁻¹).

• Makronutrien tanah. Makronutrien tanah Cu, Fe, Mn, dan Zn ditentukan secara kuantitatif menggunakan spektrometer emisi atom plasma gelombang mikro Agilent 4100 (MP-AES) (Agilent) terhadap kurva referensi standar dan hasilnya dilaporkan dalam mg kg ⁻¹ .
• Fosfor Bray II. Hal ini dilakukan seperti yang dijelaskan oleh Bray dan Kurtz ¹⁸ untuk menentukan bentuk total, organik, dan fosfor yang tersedia dalam sampel tanah.
• Total persentase karbon, nitrogen, dan sulfur (CNS). Sampel tanah yang diayak 0,5 mm dan dikeringkan dengan udara dianalisis pada alat analisis CNS Leco Trumac (Leco Corp.). Kadar C, N, dan S diplot secara grafis menggunakan Microsoft Excel.

Pengumpulan dan analisis sampel kulit kayu pabrik
Sampel kulit kayu akasia hitam dikumpulkan secara individual di tiga pabrik ekstrak akasia di Afrika Selatan dari November 2020 hingga Mei 2021. Karena pertimbangan kerahasiaan, pabrik-pabrik tersebut diidentifikasi sebagai A, B, dan C untuk penelitian ini. Sampel-sampel tersebut dikumpulkan hanya saat pabrik-pabrik tersebut beroperasi dan memproduksi ekstrak kulit kayu akasia. Sampel-sampel tersebut berasal dari kiriman kulit kayu yang dipanen yang telah dikirim ke pabrik-pabrik untuk pembuatan bubuk ekstrak akasia dan ekstrak padat. Sampel-sampel yang diambil secara massal oleh pabrik disimpan dalam freezer pada suhu -18 °C, diangkut ke ICFR dalam kondisi rantai dingin, segera dikeringkan dengan beku, dan digiling setelah kering. Sampel-sampel kulit kayu yang digiling dan dikeringkan dengan beku disimpan dalam freezer (-20 °C) untuk mencegah degradasi sampel sebelum analisis lebih lanjut.

Sebagian (50%) dari sampel kulit kayu yang digiling di pabrik, dikeringkan beku, pertama-tama dipindai pada perangkat Bruker MPA NIR dan kemudian dianalisis menggunakan metode SLTC untuk ekstraktif, tanin, nontanin, tidak larut, warna merah Lovibond, dan warna kuning Lovibond. Mikronutrien, makronutrien, dan CNS juga ditentukan. Analisis kimia basah memberikan kimia referensi yang digunakan untuk membuat model kalibrasi NIRS kulit kayu pabrik. Sisa 50% dari sampel kulit kayu yang digiling dan dikeringkan beku juga dipindai pada NIRS, dan parameter SLTC diprediksi menggunakan model prediktif yang diproduksi dalam modul analisis Quant dari paket perangkat lunak OPUS (versi 8.5, Bruker Optics GmbH & Co. KG).

Variabel cuaca di Harden Heights
Suhu minimum rata-rata (TMN), suhu maksimum (TMX), curah hujan, kelembaban relatif (RHP), radiasi matahari (SRAD), dan evapotranspirasi (EVP) dicatat dari lima lokasi di dekat Harden Heights menggunakan batas kadaster perusahaan kehutanan, dan lokasi stasiun cuaca (jaringan cuaca South African Sugarcane Research Institute (SASRI) dan South African Weather Services (Germishuizen I, Komunikasi Pribadi), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3 .

Analisis statistik
Parameter terukur dari semua sampel kulit kayu dibandingkan secara statistik menggunakan Microsoft Excel (versi 2207, build 16.0.15427.20166) dan R (CRAN, versi 4.2.0). Cinco (versi 5.12) digunakan untuk analisis komponen utama (PCA) dan analisis redundansi (RDA). Analisis varians multivariat permutasi (PERMANOVA) dilakukan dengan menggunakan Primer (versi 6), dan analisis varians univariat (ANOVA) dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak Past 3 (versi 3.20). PCA dan RDA keduanya adalah teknik multivariat yang digunakan untuk menganalisis hubungan antara variabel, 19 dan mereka digunakan dalam penelitian ini untuk mengidentifikasi pola dalam data. Variabel yang berkorelasi erat ditemukan dalam gradien yang sama dengan panahnya menunjuk ke arah yang sama. ANOVA univariat adalah jenis ANOVA dengan hanya satu variabel dependen, yang bekerja dengan menentukan variabilitas total variabel dependen antara kelompok dan dalam kelompok. 20 PERMANOVA adalah metode statistik yang digunakan untuk menentukan signifikansi perbedaan antara kelompok data multivariat. 21

Hasil
Pengaruh cuaca, tanah, dan praktik pemanenan terhadap kulit kayu akasia hitam
Aspek penelitian ini dilakukan untuk memahami karakteristik lokasi dan pengaruhnya terhadap parameter kualitas kulit kayu.

Analisis statistik kulit kayu akasia hitam segar
Sampel kulit kayu segar, giling, dan kering beku dianalisis menggunakan metode SLTC, dan Gambar 4 menunjukkan parameter kualitas kulit kayu. Data menunjukkan bahwa terdapat variasi pada sifat kulit kayu dan parameter kualitas selama durasi pengambilan sampel. Kadar air kulit kayu meningkat dari awal musim semi hingga puncak musim hujan pada bulan Januari dan kemudian menurun ke tingkat yang lebih rendah pada bulan Juli. Kandungan ekstraktif rata-rata tampaknya tidak banyak berubah sepanjang tahun. Namun, kandungan tanin rata-rata tampaknya menurun secara bertahap dari bulan September hingga Maret, meningkat sebentar pada bulan Mei, dan kemudian menurun secara substansial pada bulan Juli. Kandungan non-tanin rata-rata meningkat tajam dari bulan September hingga Maret dan kemudian turun pada bulan Mei, meningkat sedikit pada bulan Juli. Hal ini tampaknya merupakan kebalikan dari tren kandungan tanin rata-rata. Lovibond merah dan kuning menunjukkan tren yang sama satu sama lain, meningkat sedikit dari bulan September hingga November, kemudian menurun selama sisa musim hujan, setelah itu meningkat tajam dari bulan Maret hingga Juli, yang merupakan periode dari awal hingga pertengahan musim kemarau.

Biplot PCA pada Gambar 5 menggambarkan hubungan antara parameter kualitas kulit kayu, tidak termasuk warna, dan sampel yang diambil selama musim. Parameter kualitas kulit kayu tidak terlalu terpengaruh oleh bulan pengambilan sampel karena tidak ada kelompok yang khas. Plot tersebut menunjukkan bahwa persentase nontanin dan persentase komponen yang tidak larut memiliki korelasi terbalik yang lemah dengan kandungan ekstraktif, tanin, dan polifenol – seiring dengan peningkatan persentase tanin, persentase nontanin sedikit menurun.

Biplot PCA pada Gambar 6 memetakan nilai warna Lovibond dari waktu ke waktu, bersama dengan data iklim. Hal ini menunjukkan bahwa sebagian besar variasi dijelaskan oleh komponen utama pertama, yang sangat dipengaruhi oleh nilai cuaca dan waktu pengambilan sampel serta menunjukkan kelompok yang berbeda. Parameter cuaca berkorelasi kuat dengan musim hujan, saat warna ekstraktif terbaik muncul.

Biplot RDA pada Gambar 7. menunjukkan bahwa radiasi matahari (SRAD) merupakan faktor utama yang berkorelasi kuat dan berbanding terbalik dengan warna Lovibond. Efek SRAD terhadap warna paling besar terjadi selama bulan-bulan dingin – Mei dan Juli (Klaster B) – yang sangat terkait dengan peningkatan warna merah dan kuning Lovibond, berbeda dengan sampel yang diambil pada bulan September di awal musim semi (Klaster A).

Biplot PCA pada Gambar 8 memetakan mikronutrien dan makronutrien kulit kayu segar. Hal ini menunjukkan bahwa tidak ada hubungan yang jelas antara sebagian besar nutrisi, dalam kaitannya dengan data sampel yang dikumpulkan selama musim tersebut. Namun, diamati bahwa fosfor (P) dan boron (B) memiliki pengaruh terbalik yang besar pada sampel yang diambil pada awal musim dingin (Cluster A – Juli 2021).

Biplot RDA pada Gambar 9 menunjukkan respons warna utama Lovibond terhadap nutrisi kulit kayu. Unsur P dan N paling terkait dengan variasi warna. Fosfor tampaknya memiliki hubungan terbalik yang sangat kuat dengan warna dan, meskipun nilai nitrogen sangat bervariasi, hal ini tidak memengaruhi warna secara kuat.

Tanah di Harden Heights dicirikan sebagai tanah yang terdiri dari 39% lanau, 30% lempung, dan 31% pasir. Grafik batang pada Gambar 10 menggambarkan analisis berbagai parameter tanah: (a) pH, (b) keasaman yang dapat dipertukarkan, (c) kation yang dapat dipertukarkan, (d) unsur hara makro, (e) karbon, nitrogen, dan sulfur (CNS) dalam tanah, dan (f) fosfor. Sebagian besar parameter tanah tetap konsisten selama durasi pengambilan sampel, meskipun beberapa outlier memang terjadi.

Plot RDA pada Gambar 11 menunjukkan bahwa variasi komposisi tanah – khususnya kandungan pasir dan zat besi (Fe) – paling kuat kaitannya dengan variabel warna Lovibond dari ekstrak kulit kayu, sedangkan kandungan sulfur menunjukkan hubungan terbalik yang kuat.

Tabel 3 merangkum data RDA untuk kontribusi berbagai faktor tanah. Data ini menunjukkan efek signifikan komposisi tanah berpasir, Fe, pH, dan S terhadap warna ekstraktif kulit kayu.

 

Tabel 3. Tabel analisis redundansi yang menunjukkan kontribusi variabel tanah terhadap warna Lovibond (merah dan kuning) pada sampel kulit kayu segar.

Analisis statistik sampel kulit kayu yang diolah
Gambar 12 menunjukkan tren peningkatan perkembangan warna (merah Lovibond) dari waktu ke waktu. Variabilitas warna kulit kayu juga meningkat seiring waktu.

Plot RDA pada Gambar 13 menunjukkan respons ekstraktif (%), tanin (%), Lovibond merah, dan Lovibond kuning sebagai respons terhadap berbagai perlakuan yang tercantum dalam Tabel 1. Kontrol (kulit kayu segar yang belum diolah) berbeda dari sampel yang diolah. Analisis menunjukkan bahwa peningkatan kandungan tanin dan warna dipengaruhi secara positif oleh perlakuan suhu dan kadar air yang lebih tinggi.

Hasil PERMANOVA yang ditunjukkan pada Tabel 4 untuk suhu, kelembapan, dan cahaya mengidentifikasi efek utama pada ekstraktif (%), tanin (%), dan warna Lovibond (merah dan kuning). Efek utama suhu dan kelembapan pada tanin (%) signifikan, tanpa efek langsung dari cahaya atau interaksi tingkat tinggi yang signifikan. Interaksi antara suhu dan kelembapan, suhu dan cahaya, kelembapan dan cahaya, serta suhu, kelembapan, dan cahaya tidak signifikan ( P  > 0,05).

 

Tabel 4. PERMANOVA menunjukkan efek utama dan interaktif dari perlakuan terhadap sifat ekstraktif kulit kayu.

Plot RDA pada Gambar 14 menunjukkan bahwa suhu memiliki pengaruh langsung terbesar terhadap warna sampel kulit kayu yang diolah.

ANOVA yang dilaporkan pada Tabel 5 mengungkap efek langsung dari suhu dan kelembapan. Terdapat efek langsung yang signifikan dari peningkatan kelembapan pada semua parameter. Namun, suhu hanya memiliki efek langsung pada warna Lovibond (merah dan kuning).

 

Tabel 5. Nilai- P dari ANOVA dua arah suhu dan kelembaban pada parameter kualitas kulit kayu.

Plot interaktif suhu dan kelembapan pada Gambar 15 menunjukkan adanya efek interaksi yang signifikan di antara keduanya, yang memengaruhi semua parameter yang diukur. Peningkatan kelembapan meningkatkan kandungan ekstraktif pada suhu yang lebih rendah (Gambar 15(a) ). Sampel yang lebih kering memiliki kadar tanin yang lebih rendah pada suhu yang lebih rendah (Gambar 15(b) ), dan warna selalu meningkat dengan kelembapan yang lebih tinggi pada suhu yang lebih tinggi (Gambar 15(c, d) ).

Analisis sampel kulit kayu pabrik
Plot pada Gambar 16(a–d) menunjukkan variasi parameter kualitas kulit kayu utama – ekstraktif (%), tanin (%), Lovibond merah, dan Lovibond kuning – dari gabungan sampel kulit kayu pabrik yang dipanen selama musim 2020–2021. Kisaran ekstraktif berada di antara 44% hingga 58%, kisaran tanin berada di antara 32% hingga 37%, kisaran Lovibond merah berada di antara 0,8 hingga 2,2, dan kisaran Lovibond kuning berada di antara 1,4 hingga 4,4.

Plot RDA pada Gambar 17 menunjukkan variabel untuk sifat kulit kayu sampel yang bersumber dari tiga pabrik ekstraksi kulit kayu gelondongan (disebut sebagai A, B, dan C), yang berada di wilayah geografis yang berbeda. Plot tersebut menunjukkan bahwa warna yang lebih tinggi, serta kandungan tanin, dikaitkan dengan pabrik B dan C, dan sebagian besar parameter kulit kayu lainnya dikaitkan lebih positif dengan pabrik A.

Diskusi
Analisis dan eksplorasi data yang diperoleh dari tanah dan kulit kayu di lokasi pengambilan sampel mengungkapkan bahwa aspek agroekologi lokasi perkebunan (yaitu, tanah dan iklim) dan variasi temporal memengaruhi kualitas ekstraktif kulit kayu dalam hal warna dan kandungan tanin, yang merupakan parameter utama yang menarik dalam penelitian ini. Hal ini penting karena menunjukkan bahwa tidak ada satu faktor pun yang bertanggung jawab atas kualitas kulit kayu yang bervariasi, tetapi beberapa faktor memberikan kontribusi, yang sekarang dapat diatasi dengan pengembangan berbagai strategi mitigasi, seperti berbagai masukan pupuk, seperti yang dibahas oleh Titshall. 22

Kondisi iklim dan lokasi dianggap sebagai kontributor utama terhadap fluktuasi parameter kualitas kulit kayu. 7 Namun, variasi musiman yang diselidiki dalam studi ini merupakan faktor signifikan yang memengaruhi kualitas kulit kayu, yang mungkin tidak terlalu penting bagi pabrik, karena periode panen berada di luar kendali mereka. Kulit kayu akasia hitam dikupas selama 6 hingga 8 bulan dalam setahun yang memiliki curah hujan yang cukup, yang merupakan satu-satunya periode ketika kulit kayu memiliki kualitas yang dapat dikupas yang sesuai untuk pemrosesan selanjutnya di pabrik ekstraktif. 23 Sementara parameter kualitas kulit kayu – kadar air (%), ekstraktif (%), tanin (%), nontanin (%), dan warna Lovibond (merah dan kuning) – berfluktuasi selama musim (Gbr. 3 ), tidak ada tren yang berarti. Namun, Gbr. 4 menunjukkan bahwa ekstraktif (%), tanin (%), dan polifenol (%) berkorelasi terbalik kuat dengan nontanin (%). Hal ini menunjukkan bahwa tanin yang diproduksi selama pertumbuhan pohon tidak mengalami perubahan dinamis, karena tanin berfungsi terutama sebagai senyawa pertahanan yang disimpan dalam tanosom, 24 sedangkan nontanin, seperti gula dan gom, mengalami perubahan struktural, kuantitatif, dan spasial sebagai respons terhadap variasi musiman, yang konsisten dengan fisiologi pohon pada umumnya. Zat ekstraktif paling tidak terpengaruh oleh variasi musiman, meskipun kelembapan berfluktuasi selama musim, dan hubungan antara keduanya berbanding terbalik. Akan tetapi, menurut Nicholson, 10 variasi zat ekstraktif minimal bahkan dalam kondisi yang paling buruk, oleh karena itu menunjukkan bahwa kadar tanin dan nontanin yang bervariasi karena kandungan zat ekstraktif tetap statis.

Kondisi iklim (SRAD, EVP, TMX, TMN, RHP, dan curah hujan, Gambar 5 ) memengaruhi parameter kualitas kulit kayu secara kuat karena fisiologi pohon mengendalikan respons kimia terhadap kondisi musiman. 25 SRAD, yang merupakan fungsi variasi musiman, memiliki dampak terbesar pada sifat warna merah dan kuning pada bulan-bulan yang lebih dingin (Mei dan Juli) dibandingkan dengan September karena kandungan tanin relatif lebih tinggi pada bulan-bulan yang lebih dingin 8 dan ada hubungan proporsional antara tanin dan nontanin. Pohon akasia juga mulai berbunga sebelum akhir musim kemarau 26 dan perubahan fisiologis ini juga dapat memengaruhi perubahan warna tepat sebelum musim panen dimulai. Dalam industri gula, agen pematangan diterapkan tepat sebelum pembungaan untuk menghambat proses pembungaan, sehingga menghasilkan peningkatan hasil gula. 27 Percobaan serupa dapat diusulkan untuk ekstraktif kulit kayu, di mana perawatan kimia diterapkan untuk mencegah pembungaan. Dengan menghambat pembungaan, pendekatan ini dapat meningkatkan konsentrasi tanin dalam kulit kayu, yang berpotensi meningkatkan kualitas dan hasil ekstraktif kulit kayu.

Awal musim panen dan produksi ekstraktif kulit kayu saat ini ditentukan oleh tingkat curah hujan minimal yang dibutuhkan. 28 Namun, pemahaman yang lebih baik tentang faktor musiman dapat membantu mengoptimalkan jadwal panen untuk memastikan bahwa kulit kayu dengan kualitas tertinggi dipanen dan untuk memaksimalkan periode panen. Selain itu, perubahan iklim kemungkinan akan memengaruhi parameter kualitas kulit kayu, dan pemantauan warna merah Lovibond sebagai respons terhadap pemanasan global di berbagai lokasi dapat memungkinkan pabrik untuk memanfaatkan tren menuju warna ekstraktif kulit kayu yang lebih terang. Selama periode ini, mereka dapat memproduksi produk ekstraktif kulit kayu berkualitas premium yang berwarna terang, yang memiliki nilai pasar lebih tinggi, dan ini akan mengurangi beberapa dampak keuangan negatif dari perubahan iklim.

Faktor nutrisi yang dinilai dengan analisis tanah dan kulit kayu selama periode pemanenan tidak dapat menghubungkan perubahan kualitas ekstraktif kulit kayu dengan perubahan karakteristik tanah, sebagian besar karena sampel diambil dari satu lokasi. Hasilnya (Gbr. 7 ) menunjukkan efek yang relatif tak tentu pada nutrisi kulit kayu, dan beberapa lokasi perlu dipelajari untuk mengidentifikasi hubungan antara kadar mineral dan kualitas kulit kayu. Namun, ada korelasi yang sangat kuat antara parameter kualitas kulit kayu sebagai respons terhadap kadar fosfor dalam kulit kayu. Secara khusus, kadar P yang rendah (Gbr. 8 ) secara signifikan terkait dengan pewarnaan yang lebih gelap dari ekstraktif kulit kayu. Hal ini dapat dijelaskan oleh pengompleksan fosfor dengan besi dan aluminium. 29 Namun, P yang rendah di kulit kayu juga dapat terjadi secara khusus di perkebunan Harden Heights, jadi lokasi tambahan perlu diselidiki untuk mengonfirmasi efek ini. Jika kadar fosfor yang rendah merupakan masalah umum di beberapa lokasi, maka penambahan pupuk P dapat mengurangi masalah warna kulit kayu. Telah diketahui bahwa aplikasi pupuk P meningkatkan hasil kulit kayu dan kayu akasia hitam. 22 Tingkat nitrogen bervariasi dan hanya memiliki sedikit pengaruh terhadap warna karena pohon akasia termasuk jenis kacang-kacangan dan kekurangan N diatasi dengan aktivitas mikroba simbiotik. 30

Rata-rata pengujian mineral perkebunan di Harden Heights (Gbr. 9 ) menunjukkan sedikit variasi selama musim. Variasi kecil yang dicatat adalah untuk keasaman tanah yang dapat dipertukarkan, Ca, P tanah, dan Fe, yang juga dapat dikaitkan dengan kesalahan pengambilan sampel atau kesalahan analitis. Namun, plot RDA (Gbr. 10 ) menunjukkan bahwa variasi kadar pasir dan besi memiliki efek terbesar pada variasi warna kulit kayu. Tanah di area ini memiliki kadar Fe yang melimpah. 31 Ini merupakan pertimbangan penting karena tanin kulit kayu wattle bereaksi dengan besi untuk membentuk kompleks besi-tanat, yang mudah teroksidasi. 32 Hal ini menyebabkan penggelapan molekul tanin, 32 yang menyebabkan kualitas warna yang buruk. Produksi kompleks besi-tanat dapat dihambat dengan menggunakan asam etilendiamintetraasetat (EDTA), dengan mekanisme yang dikenal sebagai reaksi Fenton. 33 Efek mitigasi EDTA ditunjukkan oleh penelitian yang dilakukan oleh Bridglall et al . Penelitian di masa depan dapat meneliti penggunaan agen khelasi yang aman selama proses ekstraksi, atau penambahan garam fosfat terlarut selama proses ekstraksi, yang seharusnya menghambat penggelapan ekstraktif kulit kayu, sehingga meningkatkan kualitas dan nilai produk ekstraktif kulit kayu.

Selain genetika dan proses ekstraksi, kondisi lingkungan selama pemanenan, penyimpanan sementara, dan pengangkutan ke pabrik ekstraksi juga memengaruhi warna kulit kayu dan kandungan tanin. Hagerman 34 menyarankan agar kulit kayu tiba di pabrik dan diproses pada hari yang sama dengan pemanenan. Namun, hal ini tidak selalu memungkinkan. Percobaan simulasi penuaan mengidentifikasi bahwa paparan cahaya tidak berpengaruh, seperti yang disarankan oleh Porter. 35 Merupakan praktik umum untuk menyusun bundel kulit kayu dengan kambium menghadap ke dalam. 28 Oleh karena itu, efek pada warna dan kandungan tanin yang disebabkan oleh interaksi suhu dan kelembapan dikurangi dengan perakitan bundel, menjaga kulit kayu sekering dan sedingin mungkin. Selain itu, karena kelembapan memiliki dampak positif pada ekstraktif dan kandungan tanin, pembasahan kulit kayu yang disengaja selama pengangkutan atau penyimpanan akan meningkatkan kuantitas ekstraktif tetapi akan mengurangi kualitas warna. Namun, batch tersebut dapat digunakan untuk produk yang kualitas warnanya tidak penting.

Terakhir, pengaruh variasi musiman pada sampel kulit kayu pabrik dipengaruhi oleh perbedaan kualitas kulit kayu antara ketiga pabrik selama periode yang sama (Gbr. 15 dan 16 ). Hal ini disebabkan oleh perbedaan lokasi geografis pabrik dan efek lokasi pada sumber kulit kayu. 8

Kesimpulan
Penelitian ini menegaskan pentingnya beberapa bidang penelitian untuk peningkatan kualitas kulit kayu yang telah diusulkan sebelumnya. 7 Variasi musiman dan penuaan kulit kayu memberikan kontribusi terbesar terhadap variasi warna pada kulit kayu, tetapi dampak ekonominya belum diukur. Tabel 6 menyajikan ringkasan singkat dari faktor-faktor yang memengaruhi kualitas kulit kayu, dampaknya masing-masing, dan strategi mitigasi potensial yang dirancang untuk mengoptimalkan hasil sambil mempertahankan atau meningkatkan kualitas.

 

Tabel 6. Ringkasan faktor-faktor yang memengaruhi kualitas kulit kayu, dampak, dan pilihan mitigasi.

Penelitian di masa depan dapat diarahkan untuk menyelidiki besarnya dampak ini dan menemukan strategi berbiaya rendah untuk meningkatkan profitabilitas industri kulit kayu akasia. Menjelajahi efek lokasi dalam studi jangka pendek dan jangka panjang di beberapa lokasi tempat akasia ditanam, bersama dengan data tanah, iklim, dan kulit kayu dapat menyediakan industri dengan alat dan strategi untuk mengoptimalkan praktik silvikultur akasia untuk produksi kayu dan kulit kayu untuk memastikan volume kayu yang lebih tinggi, serta kuantitas dan kualitas produk ekstrak kulit kayu yang lebih tinggi. Efek pada kualitas kulit kayu karena paparan oksidasi (udara) tidak diselidiki dalam penelitian ini tetapi dampaknya sangat besar. Oksidasi mengubah kimia fenolik kulit kayu dan mengubah tanin menjadi kuinon reaktif, mengurangi kualitas. 6 Strategi mitigasi harus diselidiki untuk pendekatan yang lebih holistik ke dalam faktor-faktor yang mempengaruhi kualitas kulit kayu akasia.