Ultrazvučno promovirano enzimsko recikliranje plastike

Polietilen tereftalat (PET) veliki je izvor otpada koji uglavnom dolazi od korištene vode i boca za piće. Donedavno je recikliranje PET-a rezultiralo plastikom niske kvalitete. Novi mutirani enzim obećava razgradnju PET-a u netaknutu sirovinu, koja se može koristiti za novu visokokvalitetnu plastiku. Ultrazvučno promovirani enzimi pokazuju veću učinkovitost, ubrzavajući enzimatsko recikliranje plastike i povećavajući procesne kapacitete.

Ultrazvučna obrada za enzimatsko recikliranje plastike

Ultrazvuk visokog intenziteta i niske frekvencije dobro je poznat po svojim učincima na enzimske reakcije. Sonikacija se može koristiti i za aktivaciju i za inaktivaciju enzima. Kontrolirana sonikacija pri niskim do srednjim amplitudama aktivira enzime i potiče prijenos mase između enzima i supstrata, što rezultira povećanom katalitičkom aktivnošću enzima.
Sonikacija mijenja karakteristike enzima i na taj način potiče aktivnost enzima. Ultrazvučna prethodna obrada supstrata ubrzava enzimske reakcije.
Ultrazvučno miješanje pospješilo je prijenos mase između enzima i plastične podloge, tako da enzim može prodrijeti i razgraditi talinu visoko kristalnog PET-a. Kao energetski učinkovita tehnologija kojom se lako rukuje, ultrazvuk pomaže u recikliranju PET-a na isplativ i ekološki prihvatljiv način.

Ultrazvučna disperzija enzima i supstrata

Ultrazvučno generirana smicanja i mikro-turbulencije dobro su poznate po svojoj visokoj učinkovitosti kada je riječ o primjenama raspršivanja. Ultrazvučno inducirana disperzija agregata enzima kao i aglomerata supstrata poboljšava enzimsku katalitičku aktivnost jer razgradnja molekularnih agregata i aglomerata povećava aktivnu površinu između enzima i supstrata za reakciju.

Ultrazvučno promoviran enzim kutinaza

Sonikacija je pokazala dobre rezultate u aktivaciji enzima utinase Thc_Cut1 u odnosu na njegovu aktivnost PET hidrolize. Ultrazvučno poboljšana enzimska razgradnja PET-a rezultirala je 6,6 puta povećanjem otpuštenih produkata razgradnje u usporedbi s netretiranim PET-om. Povećanje kristalnog postotka (28%) u PET prahu i filmovima rezultiralo je manjim prinosima hidrolize, što bi moglo biti povezano sa smanjenom dostupnošću površine. (usp. Nikolaivits et al. 2018.)

O enzimskom recikliranju plastike

The hydrolyse enzyme leaf-branch compost cutinase (LLC) occurs in nature and cuts the bonds between the two building blocks of polyethylene terephthalate (PET), terephthalate and ethylene glycol. However, the enzyme’s overall effectiveness and its heat-sensitivity are reaction limiting factors, which reduce the process efficiency significantly. The leaf-branch compost cutinase enzyme begins to degrade at 65°C, whilst PET degradation processes require temperatures of 72°C or higher, the temperature at which PET begins to melt. Molten PET is important process factor since the melt offers a higher surface area where the enzyme can work on.
Istraživači su rekonstruirali prirodni enzim kutinazu komposta grana lišća i promijenili aminokiseline na mjestima njegova vezivanja. To je rezultiralo mutiranim enzimom koji pokazuje povećanu aktivnost za 10 000 puta u kidanju PET veza (u usporedbi s nativnim LLC enzimom) i značajno poboljšanu toplinsku stabilnost. To znači da se novi mutirani enzim ne raspada na 72°C, temperaturi na kojoj se PET počinje topiti.
Ultrazvučno raspršivanje i površinska aktivacija potiče enzimski vođenu katalitičku reakciju. Specifični parametri sonikacije kao što su ultrazvučna amplituda, vrijeme, temperatura i tlak mogu se točno podesiti prema vrsti enzima kako bi se povećala njegova katalitička aktivnost. Parametri ultrazvučne obrade i njihovi učinci na enzime ovise o specifičnoj vrsti enzima, njegovom aminokiselinskom sastavu i konformacijskoj strukturi. Pritom svaka vrsta enzima ima optimalne procesne uvjete pod kojima se postiže optimalna aktivacija enzima.

Ultrazvučni procesori visokih performansi za enzimske reakcije

Hielscher Ultrasonics ima dugogodišnje iskustvo u projektiranju, proizvodnji i distribuciji ultrazvučnih uređaja visokih performansi za energetske primjene u laboratoriju i industriji. Naše znanje i iskustvo u sofisticiranoj ultrazvučnoj obradi dio je ponude koju nudimo našim kupcima.
Vodimo naše kupce od prvog savjetovanja preko ispitivanja izvedivosti i optimizacije procesa do konačne instalacije i rada vašeg ultrazvučnog sustava.
Naši ultrazvučni uređaji koji se mogu precizno kontrolirati omogućuju utjecaj na aktivnost enzima, kinetiku, termodinamička svojstva kao i temperaturu obrade.
Our portfolio of powerful and reliable ultrasonic processors covers the full range from the compact hand-held lab device to bench-top and fully industrial processors. From 200 watts upwards, all ultrasonic devices are equipped with a digital touch-display, intelligent software, remote browser control and automatic data protocolling on an integrated SD-card. The individually adjustable sonication cycle mode (puls mode) allows to set and control the enzyme exposure (time and rest periods) to the ultrasonic treatment. The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments.
Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja: