Ultraäänellä edistetty entsymaattinen muovin kierrätys
Polyeteenitereftalaatti (PET) on valtava jätelähde, joka tulee pääasiassa käytetyistä vesi- ja juomapulloista. Viime aikoihin asti PET:n kierrätys johti heikkolaatuisiin muoveihin. Uusi mutanttientsyymi lupaa PET:n hajoamisen koskemattomaksi raaka-aineeksi, jota voidaan käyttää uusiin korkealaatuisiin muoveihin. Ultraäänellä edistetyt entsyymit osoittavat suurempaa tehokkuutta, nopeuttavat muovien entsymaattista kierrätystä ja lisäävät prosessikapasiteettia.
Ultrasonication entsymaattiseen muovin kierrätykseen
Korkean intensiteetin, matalataajuinen ultraääni on tunnettu vaikutuksistaan entsymaattisiin reaktioihin. Sonikaatiota voidaan käyttää sekä entsyymien aktivointiin että inaktivointiin. Hallittu sonikaatio matalilla ja keskisuurilla amplitudilla aktivoi entsyymejä ja edistää massansiirtoa entsyymien ja substraatin välillä, mikä johtaa entsyymien katalyyttisen aktiivisuuden lisääntymiseen.
Sonikaatio muuttaa entsyymiominaisuuksia ja edistää siten entsyymiaktiivisuutta. Ultraäänisubstraatin esikäsittely nopeuttaa entsymaattisia reaktioita.
Ultraäänisekoitus edisti massansiirtoa entsyymien ja muovisubstraatin välillä, jotta entsyymi voi tunkeutua ja hajottaa erittäin kiteisen PET: n sulan. Energiatehokkaana ja helppokäyttöisenä tekniikkana sonikaatio auttaa kierrättämään PET: tä kustannustehokkaasti ja ympäristöystävällisesti.
Sonikaattorijärjestelmä entsymaattisten reaktioiden tehostamiseksi
Entsyymin ja substraatin ultraäänidispersio
Ultraäänellä tuotetut leikkaus- ja mikroturbulenssit ovat tunnettuja korkeasta tehokkuudestaan levityssovelluksissa. Entsyymiaggregaattien ja substraattiagglomeraattien ultraäänellä indusoitu dispersio parantaa entsymaattista katalyyttistä aktiivisuutta, koska molekyyliaggregaattien ja agglomeraattien hajoaminen lisää aktiivista pinta-alaa entsyymien ja substraatin välillä reaktiota varten.
Ultraäänellä edistetty kutinaasientsyymi
Sonikaatio on osoittanut hyviä tuloksia utinaasientsyymin aktivoinnissa Thc_Cut1 sen PET-hydrolyysiaktiivisuuden suhteen. PET: n ultraäänellä tehostettu entsymaattinen hajoaminen johti vapautuneiden hajoamistuotteiden 6,6-kertaiseen kasvuun verrattuna käsittelemättömään PET: hen. PET-jauheen ja kalvojen kiteisen prosenttiosuuden kasvu (28 %) johti pienempiin hydrolyysisaantoihin, mikä voi liittyä pinnan saatavuuden heikkenemiseen. (vrt. Nikolaivits ym. 2018)
- parantaa entsyymiaktiivisuutta
- nopeuttaa entsyymireaktioita
- johtaa täydellisempiin reaktioihin
Tietoja entsymaattisesta muovin kierrätyksestä
Hydrolyssientsyymi lehtihaarakomposti cutinaasi (LLC) esiintyy luonnossa ja katkaisee sidokset polyeteenitereftalaatin (PET), tereftalaatin ja etyleeniglykolin kahden rakennuspalikan välillä. Entsyymin kokonaistehokkuus ja lämpöherkkyys ovat kuitenkin reaktioita rajoittavia tekijöitä, jotka heikentävät prosessin hyötysuhdetta merkittävästi. Lehtioksakompostin kutinaasientsyymi alkaa hajota 65 °C:ssa, kun taas PET:n hajoamisprosessit vaativat vähintään 72 °C:n lämpötiloja, joissa PET alkaa sulaa. Sula PET on tärkeä prosessitekijä, koska sula tarjoaa suuremman pinta-alan, jossa entsyymi voi työskennellä.
Tutkijat ovat muokanneet uudelleen luonnossa esiintyvän lehtioksakompostin kutinaasientsyymin ja muuttaneet aminohappoja sen sitoutumiskohdissa. Tämä johti mutanttientsyymiin, joka osoittaa lisääntynyttä aktiivisuutta 10 000 kertaa PET-sidosten rikkomisessa (verrattuna natiiviin LLC-entsyymiin) ja merkittävästi parantunut lämpöstabiilisuus. Tämä tarkoittaa, että uusi mutanttientsyymi ei hajoa 72 °C:ssa, lämpötilassa, jossa PET alkaa sulaa.
Ultraäänidispergointi ja pinnan aktivointi edistävät entsymaattisesti ohjattua katalyyttistä reaktiota. Erityiset sonikaatioparametrit, kuten ultraääniamplitudi, aika, lämpötila ja paine, voidaan virittää tarkasti entsyymityyppiin sen katalyyttisen aktiivisuuden lisäämiseksi. Ultraäänikäsittelyparametrit ja niiden vaikutukset entsyymeihin riippuvat spesifisestä entsyymityypistä, sen aminohappokoostumuksesta ja konformaatiorakenteesta. Siten jokaisella entsyymityypillä on optimaaliset prosessiolosuhteet, joissa optimaalinen entsyymiaktivaatio saavutetaan.
- lisääntynyt massansiirto
- Korostettiin vakiota
- Parempi katalyyttinen tehokkuus
- Tarkasti hallittavissa entsyymien makean pisteen täyttämiseksi
- Riskitön testaus
- Lineaarisesti skaalautuva
- Kustannustehokas
- Turvallinen ja helppo käyttää
- vähän huoltoa vaativa
- Nopea sijoitetun pääoman tuotto
- ympäristöystävällinen
Säiliö 8kW ultraäänilaitteilla (4x UIP2000hdT) ja sekoitin
Korkean suorituskyvyn ultraääniprosessorit entsymaattisille reaktioille
Hielscher Ultrasonics on pitkäaikainen kokemus korkean suorituskyvyn ultraäänilaitteiden suunnittelusta, valmistuksesta ja jakelusta laboratorio- ja teollisuussovelluksiin. Tietomme ja kokemuksemme hienostuneesta ultraäänikäsittelystä ovat osa asiakkaillemme tarjoamaamme tarjontaa.
Opastamme asiakkaitamme ensimmäisestä konsultaatiosta toteutettavuustestauksesta ja prosessin optimoinnista ultraäänijärjestelmän lopulliseen asennukseen ja käyttöön.
Tarkasti hallittavat ultraäänilaitteemme mahdollistavat entsyymiaktiivisuuden, kinetiikan, termodynaamiset ominaisuudet sekä käsittelylämpötilan.
Tehokkaiden ja luotettavien ultraääniprosessorien valikoimamme kattaa koko valikoiman kompaktista kädessä pidettävästä laboratoriolaitteesta penkki- ja täysin teollisiin prosessoreihin. 200 watista ylöspäin kaikki ultraäänilaitteet on varustettu digitaalisella kosketusnäytöllä, älykkäällä ohjelmistolla, selaimen etäohjauksella ja automaattisella dataprotokollalla integroidulla SD-kortilla. Yksilöllisesti säädettävä sonikaatiosyklitila (pulssitila) mahdollistaa entsyymialtistuksen (aika- ja lepoajat) asettamisen ja hallinnan ultraäänihoitoon. Hielscherin ultraäänilaitteiden kestävyys mahdollistaa 24/7 toiminnan raskaassa käytössä ja vaativissa ympäristöissä.
Alla oleva taulukko antaa sinulle viitteitä ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
| Erän tilavuus | Virtausnopeus | Suositellut laitteet |
|---|---|---|
| 1 - 500 ml | 10 - 200 ml / min | UP100H |
| 10 - 2000ml | 20–400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 - 20L | 0.2–4 l/min | UIP2000hdT |
| 10-100L | 2 - 10L / min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10-100L / min | UIP16000 |
| n.a. | suurempi | klusteri UIP16000 |
Ota yhteyttä! / Kysy meiltä!
Suuritehoiset ultraäänihomogenisaattorit alkaen laboratorio jotta lentäjä ja teollinen mittakaava.
Kirjallisuus / Viitteet
- 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.
Faktoja, jotka kannattaa tietää
Akustiset kavitaatiovoimat
Matalataajuinen, korkean intensiteetin ultraääni (noin 20 – 50 kHz) aiheuttaa akustista / ultraäänikavitaatiota, joka tuottaa fysikaalisia, mekaanisia ja kemiallisia vaikutuksia. Akustisen kavitaation vaikutuksia voidaan havaita minuuttityhjiökuplien muodostumisena, kasvuna ja sitä seuraavana väkivaltaisena romahtamisena, jotka johtuvat nesteeseen kytkettyjen ultraääniaaltojen paineenvaihteluista. Kavitaatiokuplien romahtamisen aikana esiintyy niin sanottuja kuumia pisteitä, jotka rajoittuvat pieneen tilaan ja lyhyeen kestoon. Näille paikallisesti esiintyville kuumille pisteille on ominaista vähintään 5000 K:n voimakas kuumeneminen, jopa 1200 baarin paine sekä millisekunneissa esiintyvät suuret lämpötila- ja paine-erot. Nesteen pisarat ja hiukkaset kiihdytetään nestesuihkuiksi, joiden nopeus on jopa 208 m / s.
Entsyymien ultraäänikäsittely perustuu akustiseen kavitaatioon ja sen hydrodynaamisiin leikkausvoimiin