Ultralydsfremmet enzymatisk plastgenbrug
Polyethylenterephthalat (PET) er en enorm affaldskilde, der hovedsageligt kommer fra brugte vand- og drikkeflasker. Indtil for nylig resulterede genanvendelse af PET i plast af lav kvalitet. Et nyt mutant enzym lover nedbrydning af PET til uberørt råmateriale, som kan bruges til ny plast af høj kvalitet. Ultralydsfremmede enzymer viser en højere effektivitet, hvilket fremskynder den enzymatiske genanvendelse af plast og øger proceskapaciteten.
Ultralydbehandling til genanvendelse af enzymatisk plast
Højintensiv, lavfrekvent ultralydbehandling er kendt for sine virkninger på enzymatiske reaktioner. Sonikering kan bruges til både aktivering og inaktivering af enzymer. Kontrolleret sonikering ved lave til mellemstore amplituder aktiverer enzymer og fremmer masseoverførslen mellem enzymer og substrat, hvilket resulterer i øget katalytisk aktivitet af enzymer.
Sonikering ændrer enzymegenskaber og fremmer derved enzymaktivitet. Ultralydssubstratforbehandling fremskynder enzymatiske reaktioner.
Ultralydsblanding fremmede masseoverførslen mellem enzymer og plastsubstrat, så enzymet kan trænge ind og nedbryde smelten af stærkt krystallinsk PET. Som en energieffektiv og brugervenlig teknologi hjælper sonikering med at genbruge PET omkostningseffektivt og miljøvenligt.
Ultralydsdispersion af enzym og substrat
Ultralydsgenererede forskydnings- og mikroturbulenser er kendt for deres høje effektivitet, når det kommer til dispergeringsapplikationer. Den ultralydsinducerede dispersion af enzymaggregater såvel som af substratagglomerater forbedrer enzymatisk katalytisk aktivitet, da nedbrydningen af molekylære aggregater og agglomerater øger det aktive overfladeareal mellem enzymer og substrat til reaktion.
Ultralydsfremmet cutinase-enzym
Sonikering har vist gode resultater i aktiveringen af enzymet utinase Thc_Cut1 med hensyn til dets PET-hydrolyseaktivitet. Den ultralydsforstærkede enzymatiske nedbrydning af PET resulterede i en 6,6 gange stigning i de frigivne nedbrydningsprodukter sammenlignet med det ubehandlede PET. En stigning i krystallinsk procentdel (28%) i PET-pulver og -film resulterede i lavere hydrolyseudbytter, hvilket kunne relateres til den lavere overfladetilgængelighed. (jf. Nikolaivits et al. 2018)
- forbedrer enzymaktiviteten
- fremskynder enzymreaktioner
- resulterer i mere fuldstændige reaktioner
Om enzymatisk plastgenbrug
Hydrolyseenzymet bladgrenkompostcutinase (LLC) forekommer i naturen og skærer bindingerne mellem de to byggesten af polyethylenterephthalat (PET), terephthalat og ethylenglycol. Enzymets samlede effektivitet og dets varmefølsomhed er imidlertid reaktionsbegrænsende faktorer, som reducerer proceseffektiviteten betydeligt. Bladgrenskompost-cutinase-enzymet begynder at nedbrydes ved 65 °C, mens PET-nedbrydningsprocesser kræver temperaturer på 72 °C eller højere, den temperatur, hvor PET begynder at smelte. Smeltet PET er en vigtig procesfaktor, da smelten giver et højere overfladeareal, hvor enzymet kan arbejde på.
Reasearchers har rekonstrueret det naturligt forekommende bladgrenkompost-cutinase-enzym og ændret aminosyrer på dets bindingssteder. Dette resulterede i et mutant enzym, som viser en øget aktivitet med 10.000 gange i at bryde PET-bindinger (sammenlignet med det oprindelige LLC-enzym) og en signifikant forbedret varmestabilitet. Det betyder, at det nye mutante enzym ikke nedbrydes ved 72 °C, den temperatur, hvor PET begynder at smelte.
Ultralydsdispergering og overfladeaktivering fremmer enzymatisk drevet katalytisk reaktion. Specifikke sonikeringsparametre såsom ultralydsamplitude, tid, temperatur og tryk kan indstilles nøjagtigt til enzymtypen for at øge dens katalytiske aktivitet. Ultralydsbehandlingsparametre og deres virkninger på enzymer afhænger af den specifikke enzymtype, dens aminosyresammensætning og konformationsstrukturen. Derved har hver enzymtype optimale procesbetingelser, hvorunder optimal enzymaktivering opnås.
- Øget masseoverførsel
- Øget hastighedskonstanten
- Øget katalytisk effektivitet
- Præcist kontrollerbar for at imødekomme enzymernes sweet spot
- Risikofri testning
- Lineært skalerbar
- Omkostningseffektiv
- Sikker og enkel at betjene
- lav vedligeholdelse
- Hurtig ROI
- miljøvenlig

Tank med 8kW ultralydapparater (4x UIP2000hdT) og omrører
Højtydende ultralydsprocessorer til enzymatiske reaktioner
Hielscher Ultrasonics har lang erfaring med at designe, fremstille og distribuere højtydende ultralydapparater til strømapplikationer i laboratoriet og industrien. Vores viden og erfaring inden for sofistikeret ultralydsbehandling er en del af det tilbud, vi giver vores kunder.
Vi guider vores kunder fra første konsultation over gennemførlighedstest og procesoptimering til den endelige installation og drift af dit ultralydssystem.
Vores præcist kontrollerbare ultralydsenheder gør det muligt at påvirke enzymaktivitet, kinetik, termodynamiske egenskaber samt behandlingstemperatur.
Vores portefølje af kraftfulde og pålidelige ultralydsprocessorer dækker hele spektret fra den kompakte håndholdte laboratorieenhed til bord- og fuldt industrielle processorer. Fra 200 watt og opefter er alle ultralydsenheder udstyret med et digitalt touch-display, intelligent software, fjernstyring af browseren og automatisk dataprotokol på et integreret SD-kort. Den individuelt justerbare sonikeringscyklustilstand (pulstilstand) gør det muligt at indstille og kontrollere enzymeksponeringen (tid og hvileperioder) til ultralydsbehandlingen. Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr giver mulighed for 24/7 drift ved tunge og krævende miljøer.
Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater:
Batch volumen | Flowhastighed | Anbefalede enheder |
---|---|---|
1 til 500 ml | 10 til 200 ml/min | UP100H |
10 til 2000 ml | 20 til 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 til 20L | 0.2 til 4 l/min | UIP2000hdT |
10 til 100L | 2 til 10 l/min | UIP4000hdT |
n.a. | 10 til 100 l/min | UIP16000 |
n.a. | Større | klynge af UIP16000 |
Kontakt os! / Spørg os!

Ultralydshomogenisatorer med høj effekt fra Lab til pilot og industriel skæl.
Litteratur / Referencer
- V. Tournier, C. M. Topham, A. Gilles, B. David, C. Folgoas, E. Moya-Leclair, E. Kamionka, M.-L. Desrousseaux, H. Texier, S. Gavalda, M. Cot, E. Guémard, M. Dalibey, J. Nomme, G. Cioci, S. Barbe, M. Chateau, I. André, S. Duquesne, A. Marty (2020): An engineered PET depolymerase to break down and recycle plastic bottles. Nature 580(7802): 216-219.
- Efstratios Nikolaivits, Maria Kanelli, Maria Dimarogona, Evangelos Topakas (2018): A Middle-Aged Enzyme Still in Its Prime: Recent Advances in the Field of Cutinases. Catalysts 2018, 8, 612.
- Pellis, A.; Gamerith, C.; Ghazaryan, G.; Ortner, A.; Herrero Acero, E.; Guebitz, G.M. (2016): Ultrasound-enhanced enzymatic hydrolysis of poly(ethylene terephthalate). Bioresour. Technol. 218, 2016. 1298–1302.
- Meliza Lindsay Rojas; Júlia Hellmeister Trevilin; Pedro Esteves Duarte Augusto (2016): The ultrasound technology for modifying enzyme activity. Scientia Agropecuaria 7 /2, 2016. 145–150.
- Shamraja S. Nadar; Virendra K. Rathod (2017): Ultrasound assisted intensification of enzyme activity and its properties: a mini-review. World J Microbiol Biotechnol 2017, 33:170.
Fakta, der er værd at vide
Akustiske kavitationskræfter
Lavfrekvent, højintensiv ultralydbehandling (ca. 20 – 50kHz) forårsager akustisk / ultralydskavitation, som producerer fysiske, mekaniske og kemiske effekter. Virkningerne af akustisk kavitation kan observeres som dannelse, vækst og efterfølgende voldsomt kollaps af små vakuumbobler, der opstår på grund af trykudsving i ultralydsbølgerne koblet til en væske. Under implosionen af kavitationsbobler forekommer såkaldte hot spots, som er begrænset til lille plads og kort varighed. Disse lokalt forekommende hot-spots er karakteriseret ved intens opvarmning på mindst 5000 K, tryk op til 1200 bar og høje temperatur- og trykforskelle, der forekommer inden for millisekunder. Dråber og partikler af væsken accelereres til væskestråler med hastigheder på op til 208 m/s.