Ultrahanggal támogatott enzimatikus műanyag újrahasznosítás

A polietilén-tereftalát (PET) hatalmas hulladékforrás, amely főként a használt víz- és italpalackokból származik. Egészen a közelmúltig a PET újrahasznosítása rossz minőségű műanyagokat eredményezett. Egy új mutáns enzim azt ígéri, hogy a PET tiszta nyersanyaggá bomlik, amelyet új, kiváló minőségű műanyagokhoz lehet használni. Az ultrahanggal támogatott enzimek nagyobb hatékonyságot mutatnak, felgyorsítva a műanyagok enzimatikus újrahasznosítását és növelve a folyamatkapacitásokat.

Ultrahangos az enzimatikus műanyag újrahasznosításhoz

Nagy intenzitású, alacsony frekvenciájú ultrahangos kezelés jól ismert az enzimatikus reakciókra gyakorolt hatásáról. Szonikálás használható mind az enzimek aktiválására, mind inaktiválására. Az alacsony és közepes amplitúdójú szabályozott szonikálás aktiválja az enzimeket és elősegíti az enzimek és a szubsztrát közötti tömegátadást, ami az enzimek fokozott katalitikus aktivitását eredményezi.
A szonikálás megváltoztatja az enzim jellemzőit, ezáltal elősegítve az enzimaktivitást. Az ultrahangos szubsztrát előkezelés felgyorsítja az enzimatikus reakciókat.
Az ultrahangos keverés elősegítette az enzimek és a műanyag hordozó közötti tömegátadást, így az enzim behatolhat és lebonthatja a rendkívül kristályos PET olvadékát. Energiahatékony és könnyen kezelhető technológiaként az ultrahangos kezelés segít a PET költséghatékony és környezetbarát újrahasznosításában.

Az enzim és a szubsztrát ultrahangos diszperziója

Az ultrahanggal generált nyírás és mikro-turbulenciák jól ismertek nagy hatékonyságukról, amikor diszpergáló alkalmazásokról van szó. Az enzimaggregátumok, valamint a szubsztrát agglomerátumok ultrahanggal indukált diszperziója javítja az enzimatikus katalitikus aktivitást, mivel a molekuláris aggregátumok és agglomerátumok lebontása növeli az enzimek és a szubsztrát közötti aktív felületet a reakcióhoz.

Ultrahanggal támogatott kutináz enzim

A szonikálás jó eredményeket mutatott az utináz enzim aktiválásában Thc_Cut1 a PET hidrolízis aktivitása tekintetében. A PET ultrahanggal fokozott enzimatikus lebomlása a felszabaduló bomlástermékek 6,6-szeres növekedését eredményezte a kezeletlen PET-hez képest. A PET-por és -filmek kristálytartalmának (28%) növekedése alacsonyabb hidrolízishozamot eredményezett, ami összefüggésben lehet a felületi elérhetőség csökkenésével. (vö. Nikolaivits et al. 2018)

Az enzimatikus műanyag újrahasznosításról

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.
A kutatók újratervezték a természetben előforduló levélágú komposzt kutináz enzimet, és megváltoztatták az aminosavakat a kötőhelyein. Ez egy mutáns enzimet eredményezett, amely 10 000-szeres megnövekedett aktivitást mutat a PET kötések lebontásában (a natív LLC enzimhez képest) és jelentősen javítja a hőstabilitást. Ez azt jelenti, hogy az új mutáns enzim nem bomlik le 72 ° C-on, azon a hőmérsékleten, amelyen a PET olvadni kezd.
Az ultrahangos diszpergálás és a felületi aktiválás elősegíti az enzimatikus hajtású katalitikus reakciót. Speciális szonikációs paraméterek, például ultrahangos amplitúdó, idő, hőmérséklet és nyomás pontosan hangolhatók az enzim típusához, hogy növeljék katalitikus aktivitását. Az ultrahangos feldolgozási paraméterek és az enzimekre gyakorolt hatásuk az adott enzimtípustól, aminosav-összetételétől és konformációs szerkezetétől függ. Ezáltal minden enzimtípus optimális folyamatfeltételekkel rendelkezik, amelyek mellett optimális enzimaktiválás érhető el.

Nagy teljesítményű ultrahangos processzorok enzimatikus reakciókhoz

A Hielscher Ultrasonics hosszú távú tapasztalattal rendelkezik a nagy teljesítményű ultrahangos készülékek tervezésében, gyártásában és forgalmazásában laboratóriumi és ipari alkalmazásokhoz. A kifinomult ultrahangos feldolgozással kapcsolatos tudásunk és tapasztalatunk része az ügyfeleinknek nyújtott kínálatnak.
Ügyfeleinket a megvalósíthatósági teszteléssel és a folyamatoptimalizálással kapcsolatos első konzultációtól az ultrahangos rendszer végső telepítéséig és üzemeltetéséig vezetjük.
Pontosan szabályozható ultrahangos készülékeink lehetővé teszik az enzimaktivitás, a kinetika, a termodinamikai tulajdonságok, valamint a feldolgozási hőmérséklet befolyásolását.
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.
Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását: