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)

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.

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: