Ultraäänellä edistää entsymaattinen muovikierrätys
Polyeteenitereftalaatti (PET) on valtava jätelähde, joka tulee enimmäkseen käytetyistä vesi- ja juomapulloista. Viime aikoihin asti PET:n kierrätys johti heikkolaatuisiin muoveihin. Uusi mutanttientsyymi lupaa PET:n hajoamisen koskemattomaksi raaka-aineksi, jota voidaan käyttää uusiin korkealaatuisiin muovisiin. Ultraäänellä edistetyt entsyymit osoittavat suurempaa tehokkuutta, nopeuttavat muovien entsymaattista kierrätystä ja lisäävät prosessikapasiteettia.
Ultrasonication entsymaattinen muovikierrätys
Korkean intensiteetin, matalataajuinen ultraääntä on tunnettu sen vaikutuksista entsymaattisiin reaktioihin. Sonikaatiota voidaan käyttää sekä, aktivointi ja inaktivointi entsyymejä. Hallittu sonikaatio matalalla tai keskisuurella amplitudilla aktivoi entsyymejä ja edistää massan siirtoa entsyymien ja substraatin välillä, mikä lisää entsyymien katalyyttistä aktiivisuutta.
Sonikaatio muuttaa entsyymin ominaisuuksia, mikä edistää entsyymien aktiivisuutta. Ultraäänisubstraatti esikäsittely nopeuttaa entsymaattisia reaktioita.
Ultraäänisekoittaminen edisti massansiirtoa entsyymien ja muovisubstraatin välillä, jotta entsyymi voi tunkeutua ja heikentää erittäin kiteisen PET: n sulaa. Energiatehokkaana ja helppokäyttöisenä teknologiana sonikointi auttaa kierrättämään PET:n kustannustehokkaasti ja ympäristöystävällisesti.
Entsyymin ja substraatin ultraäänidispersio
Ultraäänellä syntyvät leikkaus ja mikro-turbulenssit ovat tunnettuja korkeasta tehokkuudestaan, kun on kyse hajottamisesta. Entsyymiaggregaattien ja substraattien ultraäänellä aiheuttama dispersio parantaa entsymaattista katalyyttistä aktiivisuutta, koska molekyyliaggregaattien ja agglomeraattien hajoaminen lisää entsyymien ja reaktion substraatin aktiivista pinta-alaa.
Ultraäänellä ylennetty cutinaasientsyymi
Sonikaatio on osoittanut hyviä tuloksia aktivoimalla entsyymin utinaasi Thc_Cut1 osalta sen PET hydrolyysi toimintaa. PET:n ultraäänellä tehostettu entsymaattinen hajoaminen johti vapautuneiden hajoamistuotteiden 6,6-kertaiseen kasvuun verrattuna käsittelemättömään PET:hen. Kiteisen prosenttiosuuden kasvu (28 %) PET-jauheessa ja kalvoissa hydrolyysituotokset laskivat, mikä saattoi liittyä alempaan pinta-avaialbilityen. (vrt. Nikolaivits et al. 2018)
- parantaa entsyymien aktiivisuutta
- nopeuttaa entsyymireaktioita
- johtaa täydellisempiin reaktioihin
UIP4000hdT, 4000 wattia tehokas ultraääni prosessori
Tietoja entsymaattisesta muovin kierrätyksestä
Hydrolysoi entsyymin lehtihaarakompostikolonnaa (LLC) esiintyy luonnossa ja leikkaa polyeteenitereftalaatin (PET), tereftalaatin ja eteeniglykolin kahden rakennuspalikan välisiä sidoksia. Entsyymin yleinen tehokkuus ja sen lämpöherkkyys ovat kuitenkin reaktioita rajoittavia tekijöitä, jotka vähentävät merkittävästi prosessin tehokkuutta. Lehtihaarakompostileikkausten leikkauspistealkaa hajota 65 °C:ssa, kun taas PET:n hajoamisprosessit vaativat vähintään 72 °C:n lämpötiloja, joiden lämpötila PET alkaa sulaa. Sula PET on tärkeä prosessitekijä, koska sula tarjoaa korkeamman pinta-alan, jossa entsyymi voi työskennellä.
Reasearchers on uudelleen suunniteltu luonnossa esiintyvä lehti-haara komposti cutinaasi entsyymi ja muuttunut aminohappoja sen sitovia sivustoja. Tämä johti mutanttientsyymi, joka osoittaa lisääntynyt aktiivisuus 10000 kertaa murtaa PET joukkovelkakirjojen (verrattuna syntyperäinen LLC entsyymi) ja merkittävästi parantunut lämmön vakautta. Tämä tarkoittaa, että uusi mutanttientsyymi ei hajoa 72 °C:ssa, jossa PET alkaa sulaa.
Ultraääni dispergoiminen ja pinnan aktivointi edistää entsymaattisesti ajaa katalyyttinen reaktio. Erityiset sonikointiparametrit, kuten ultraääniamplitudi, aika, lämpötila ja paine, voidaan tarkasti viritetty entsyymityyppiin, mikä lisää sen katalyyttistä aktiivisuutta. Ultraäänikäsittelyparametrit ja niiden vaikutukset entsyymeihin riippuvat spesifisestä entsyymityypistä, sen aminohappokoostumuksesta ja konformaatiorakenteesta. Näin ollen jokaisella entsyymityypillä on optimaaliset prosessiolosuhteet, joissa saavutetaan optimaalinen entsyymin aktivointi.
- lisääntynyt massansiirto
- Nosti korkovakiota
- Lisääntynyt katalyyttinen hyötysuhde
- Tarkasti hallittavissa vastaamaan entsyymien makea paikalla
- Riskitön testaus
- Lineaarisesti skaalautuva
- kustannustehokas
- Turvallinen ja helppokäyttöinen
- Huono kunnossapito
- nopea RoI
- ympäristöystävällinen
Säiliö 8kW ultrasonicators (4x UIP2000hdT) ja sekoittimen
Korkean suorituskyvyn ultraääniprosessorit entsymaattisiin reaktioihin
Hielscher Ultrasonics on pitkään kokenut suunnittelussa, valmistuksessa ja jakelussa korkean suorituskyvyn ultraäänilaitteet tehosovelluksiin laboratoriossa ja teollisuudessa. Tietomme ja kokemuksemme hienostuneesta ultraäänikäsittelystä on osa tarjontaa, jonka tarjoamme asiakkaillemme.
Ohjaamme asiakkaitamme ensimmäisestä konsultoinnista toteutettavuustestaukseen ja prosessien optimointiin ultraäänijärjestelmän lopulliseen asennukseen ja toimintaan.
Meidän tarkasti ohjattavissa ultraääni laitteet mahdollistavat vaikuttaa entsyymin toimintaa, kinetiikka, termodynaamiset ominaisuudet sekä käsittelylämpötila.
Tehokkaiden ja luotettavien ultraääniprosessorien valikoimamme kattaa täyden valikoiman kompaktista käsikäyttöisen laboratoriolaitteen ja penkki-topin ja täysin teollisen prosessorin. 200 wattia ylöspäin, kaikki ultraääni laitteet on varustettu digitaalinen kosketusnäyttö, älykäs ohjelmisto, kauko-selaimen ohjaus ja automaattinen dataprotokollaintegroitu SD-kortti. Yksilöllisesti säädettävä sonikaatiosyklitila (puls-tila) mahdollistaa entsyymialtistuksen (aika- ja lepoajat) asettamisen ja hallinnan ultraäänihoitoon. Hielscherin ultraäänilaitteiden kestävyys mahdollistaa 24/7 käytön raskaassa käytössä ja vaativissa ympäristöissä.
Seuraavassa taulukossa on merkintä ultrasonicatorien likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
| erätilavuus | Virtausnopeus | Suositeltavat laitteet |
|---|---|---|
| 1 - 500 ml | 10 - 200 ml / min | UP100H |
| 10 - 2000 ml | 20 - 400 ml / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 - 20L | 0.2 - 4 l / min | UIP2000hdT |
| 10 - 100 litraa | 2 - 10 l / min | UIP4000hdT |
| n.a | 10 - 100 l / min | UIP16000 |
| n.a | suuremmat | klusterin UIP16000 |
Ota meihin yhteyttä! / Kysy meiltä!
Korkean tehon ultraäänihomogenisaattoreita laboratorio että lentäjä ja teollinen mittakaavassa.
Kirjallisuus / Referenssit
- 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.
Tosiasiat, jotka kannattaa tietää
Akustiset kavitaatiovoimat
Matalataajuus, korkean intensiteetin ultraääni (n. 20 – 50kHz) aiheuttaa akustista / ultraäänikavitaation, joka tuottaa fyysisiä, mekaanisia ja kemiallisia vaikutuksia. Akustisen kavitaatiovaikutuksen vaikutuksia voidaan havaita minuuttityhjiökuplien muodostumisena, kasvuna ja sen jälkeen väkivaltaisena romahduksena, jotka johtuvat ultraääniaaltojen painevaihteluista, jotka on kytketty nesteeseen. Kavitaatiokuplien luhistumisen aikana esiintyy niin sanottuja kuumia kohtia, jotka rajoittuvat pieneen tilaan ja lyhyeen kestoon. Paikallisesti esiintyville kuumille paikoille on ominaista vähintään 5000 K:n voimakas lämmitys, paine jopa 1200 baaria sekä korkeat lämpötila- ja paine-erot millisekunneissa. Nesteen pisarat ja hiukkaset kiihdytetään nestemäisiksi suihkusuuksiksi, joiden nopeus on jopa 208m/s.
Entsyymien ultraäänikäsittely perustuu akustiseen kavitaatioon ja sen hydrodynaamisiin leikkausvoimiin