Ultrasonla Gücləndirilmiş Enzimatik Plastik Tullantıların Təkrar Emalı

Polietilen tereftalat (PET) əsasən istifadə edilmiş su və içki şüşələrindən gələn böyük tullantı mənbəyidir. Son vaxtlara qədər PET-in təkrar emalı aşağı keyfiyyətli plastiklə nəticələnirdi. Yeni mutant ferment PET-in yeni yüksək keyfiyyətli plastiklər üçün istifadə oluna bilən təmiz xammala çevrilməsini vəd edir. Ultrasonik olaraq təşviq edilən fermentlər daha yüksək effektivlik göstərir, plastiklərin enzimatik təkrar emalını sürətləndirir və proses imkanlarını artırır.

Güc Ultrasonu Enzimatik PET Təkrar Emalını Necə Gücləndirir

• PET altlıqlarının əldə edilə bilən səth sahəsini xeyli artırır, toz halı biokataliz üçün möhkəm filmlərə nisbətən əhəmiyyətli dərəcədə daha reaktiv edir.
• Polimer xriztallılığının inhibəedici təsirlərini azaltmaqla, aşağı xriztalli PET-in sürətlə hidroliz olmasına imkan verir.
• Məqsədli aktivləşdirmə tetikleyicisi kimi fəaliyyət göstərir, qısa ilkin sonikasiyanın tereftalik turşusu (TA) və MHET kimi monomerlərin sərbəst buraxılmasını dramatik şəkildə artırdığı yer.
• Əzələ və polimer arasındakı kütlə ötürülməsini və interfeys təmasını sərt istilik və ya kimyəvi əvvəlcədən emal tələb etmədən artırır.
• Ümumi enerji tələblərini azaldır, ultrasəs enerjisini davamlı reaksiya şəraitinə deyil, qısa bir aktivləşdirmə mərhələsinə məhdudlaşdıraraq.

Akustik Kavitasiya ilə Fiziki Maneələri Aşmaq

Poli(etilen tereftalat) (PET) fermentin nüfuzunu və katalitik təması təbii olaraq məhdudlaşdıran yüksək molekulyar çəkisi, hidrofobikliyi və yarımkristal arxitekturasına görə bioloji təkrar emala əhəmiyyətli dərəcədə müqavimət göstərir. Ultrasonik şüalanma polimer-həlledici interfeysində lokallaşdırılmış mikroqarışdırma, mexaniki kəsmə qüvvələri və idarə olunan istilik dalğalanmaları yaradan akustik kavitasiya yaradaraq bu fiziki məhdudiyyətləri effektiv şəkildə aradan qaldırır. Bu akustik enerji polimer matrisini şişirdir, sərt kristal domenləri pozur və biokatalizatorun qoşulması üçün mövcud səth sahəsini kəskin şəkildə artırır. Erkən mərhələdə hidrolizdən əvvəl və ya onun zamanı substratı fiziki olaraq kondisioner etməklə, sonikasiya kristallığın mənfi təsirini neytrallaşdırır və enzimatik hücum üçün daha əlverişli mikromühit yaradır, davamlı depolimerləşmə üçün yüksək səmərəli zəmin yaradır.

Kutinaz Biokatalizatorlarının Sinergetik Aktivləşdirilməsi

Güclü ultrasəsin kutinaza fermentləri, xüsusən də Thermobifida cellulosilytica cutinase 1 (Thc_cut1) ilə inteqrasiyası fermentin bütövlüyünü qoruyarkən katalitik dövriyyəni maksimuma çatdıran güclü sinerji əlaqəni nümayiş etdirir. Davamlı ultrasəs şüalanmanı saxlamaq əvəzinə, hidrolizin başlanğıcında qısa 10 dəqiqəlik aktivləşdirmə mərhələsinin tətbiqi sistemi işə salır, nəticədə TA və MHET kimi deqradasiya məhsullarının buraxılmasında nəzərəçarpacaq dərəcədə 5,2-6,6 dəfə artım olur. Bu qısa akustik enerji partlayışı çox güman ki, fermentin hərəkətliliyini yaxşılaşdırır, fazalararası nəmlənməni artırır və zülalı denatürasiya etmədən katalitik bağlanmanı təmin etmək üçün polimer səthini müvəqqəti olaraq dəyişdirir. Yüksək enerjili girişi bütün reaksiya qrafikindən ayırmaqla, sonikasiya-kutinaz sinerjisi biokatalizatorun sabitliyini qoruyarkən və ümumi proses enerji istehlakını azaltmaqla depolimerləşmə səmərəliliyində əhəmiyyətli qazanclar təmin edir.

Substratın Morfologiyası və Proseslərin Ölçülülməsi

Ultrasəslə dəstəklənən enzimatik PET-in təkrar emalının uğuru substratın həndəsəsi və fiziki formasından çox təsirlənir, toz halında olan substratlar davamlı filmləri ardıcıl olaraq üstələyir. Tədqiqatlar göstərir ki, ultrasəs aktivləşdirilməsi filmlərlə müqayisədə PET tozlarında təxminən üç dəfə daha təsirli olur, ilk növbədə dənəvər morfologiya fermentativ hidroliz üçün daha böyük və daha əlçatan səth sahəsi təmin edir. Aşağı kristallik tozları (məsələn, 8%) sürətli və möhkəm deqradasiya nümayiş etdirsə də, hətta 7% kristal PET filmlər kimi strukturlaşdırılmış substratlar da uzun 72 saatlıq reaksiya müddətində TA buraxılışının 1,2 qat yaxşılaşması kimi ölçülə bilən faydalar nümayiş etdirir. Bu morfoloji asılılıqlar ultrasəs parametrlərinin substratın xüsusiyyətlərinə uyğunlaşdırılmasının zəruriliyini vurğulayır və sübut edir ki, strateji sonikasiya laboratoriya miqyaslı enzimatik təkrar emal ilə miqyaslana bilən, sənaye baxımından əlverişli plastik tullantıların qiymətləndirilməsi ilə effektiv şəkildə körpü qura bilər.

Enzimatik reaksiyalar üçün yüksək performanslı ultrasəs prosessorları

Hielscher Ultrasonics, laboratoriya və sənayedə güc tətbiqləri üçün yüksək performanslı ultrasəs cihazların dizaynı, istehsalı və paylanmasında uzun müddətdir təcrübəlidir. Mürəkkəb ultrasəs emalında bilik və təcrübəmiz müştərilərimizə təqdim etdiyimiz təkliflərin bir hissəsidir.
Müştərilərimizə texniki-iqtisadi sınaq və prosesin optimallaşdırılması üzrə ilk məsləhətləşmədən ultrasəs sisteminizin son quraşdırılmasına və istismarına qədər rəhbərlik edirik.
Bizim dəqiq idarə olunan ultrasəs cihazlarımız ferment aktivliyinə, kinetikaya, termodinamik xassələrə, eləcə də emal temperaturuna təsir etməyə imkan verir.
Güclü və etibarlı ultrasəs prosessorları portfelimiz kompakt əl laboratoriya cihazından tutmuş tezgah üstü və tam sənaye prosessorlarına qədər bütün çeşidi əhatə edir. 200 vattdan yuxarı olan bütün ultrasəs cihazları rəqəmsal sensor displey, ağıllı proqram təminatı, brauzerin uzaqdan idarə edilməsi və inteqrasiya olunmuş SD kartda avtomatik məlumat protokollaşdırılması ilə təchiz edilmişdir. Fərdi tənzimlənən sonikasiya dövrü rejimi (puls rejimi) ultrasəs müalicəsinə fermentin təsirini (vaxt və istirahət dövrləri) təyin etməyə və idarə etməyə imkan verir. Hielscher-in ultrasəs avadanlığının möhkəmliyi ağır iş şəraitində və tələbkar mühitlərdə 24/7 işləməyə imkan verir.
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal qabiliyyətinin göstəricisini verir:

Enzimatik plastik təkrar emalı haqqında

Hidroliz fermenti yarpaq-budaqlı kompost kutinaza (MMC) təbiətdə olur və polietilen tereftalat (PET), tereftalat və etilen qlikolun iki tikinti bloku arasındakı bağları kəsir. Bununla belə, fermentin ümumi effektivliyi və istiliyə həssaslığı prosesin səmərəliliyini əhəmiyyətli dərəcədə azaldan reaksiyanı məhdudlaşdıran amillərdir. Yarpaq-budaqlı kompost kutinaza fermenti 65°C-də parçalanmağa başlayır, PET-in deqradasiya prosesləri isə 72°C və ya daha yüksək temperatur tələb edir, PET-in əriməyə başladığı temperatur. Ərinmiş PET mühüm proses faktorudur, çünki ərimə fermentin işləyə biləcəyi daha yüksək səth sahəsi təklif edir.
Tədqiqatçılar təbii olaraq meydana gələn yarpaq-budaqlı kompost kutinaza fermentini yenidən layihələndirmiş və onun bağlanma yerlərində amin turşularını dəyişdirmişlər. Bu, PET bağlarının qırılmasında (doğma MMC fermenti ilə müqayisədə) 10.000 dəfə artan aktivlik və əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırılmış istilik dayanıqlığı göstərən mutant fermentlə nəticələndi. Bu o deməkdir ki, yeni mutant ferment 72°C-də, yəni PET-in əriməyə başladığı temperaturda parçalanmır.
Ultrasonik dispersiya və səthin aktivləşdirilməsi enzimatik olaraq idarə olunan katalitik reaksiyanı təşviq edir. Ultrasəs amplitudası, vaxt, temperatur və təzyiq kimi spesifik sonication parametrləri katalitik aktivliyini artırmaq üçün ferment növünə tam uyğunlaşdırıla bilər. Ultrasəs emal parametrləri və onların fermentlərə təsiri xüsusi ferment növündən, onun amin turşusu tərkibindən və konformasiya quruluşundan asılıdır. Beləliklə, hər bir ferment növü optimal proses şəraitinə malikdir və bu şəraitdə fermentin optimal aktivləşməsinə nail olunur.

Ferment və substratın ultrasəs dispersiyası

Ultrasonik olaraq yaradılan kəsmə və mikro turbulentlər, dağıdıcı tətbiqlərə gəldikdə yüksək səmərəliliyi ilə yaxşı tanınır. Molekulyar aqreqatların və aglomeratların parçalanması fermentlər və reaksiya üçün substrat arasında aktiv səth sahəsini artırdığından ferment aqreqatlarının, eləcə də substrat aglomeratlarının ultrasəs səbəb olduğu dispersiyası fermentativ katalitik fəaliyyəti yaxşılaşdırır.

Ultrasonik olaraq təşviq edilən Cutinase fermenti

Sonication PET hidroliz fəaliyyəti ilə bağlı ferment utinase Thc_Cut1 aktivləşdirilməsi yaxşı nəticələr göstərmişdir. PET-in ultrasəs ilə gücləndirilmiş enzimatik deqradasiyası təmizlənməmiş PET ilə müqayisədə buraxılan deqradasiya məhsullarının 6,6 dəfə artması ilə nəticələndi. PET tozunda və filmlərdə kristal faizinin (28%) artması hidroliz məhsuldarlığının azalması ilə nəticələndi ki, bu da səthin əlçatanlığının azalması ilə əlaqədar ola bilər. (müq. Nikolaivits et al. 2018)