Daur Ulang Plastik Enzimatik yang Dipromosikan Secara Ultrasonik

Polyethylene terephthalate (PET) adalah sumber limbah besar yang sebagian besar berasal dari botol air dan minuman bekas. Hingga saat ini, daur ulang PET menghasilkan plastik berkualitas rendah. Enzim mutan baru menjanjikan degradasi PET menjadi bahan baku murni, yang dapat digunakan untuk plastik baru berkualitas tinggi. Enzim yang dipromosikan secara ultrasonik menunjukkan efisiensi yang lebih tinggi, mempercepat daur ulang enzimatik plastik dan meningkatkan kapasitas proses.

Ultrasonikasi untuk Daur Ulang Plastik Enzimatik

Ultrasonikasi intensitas tinggi dan frekuensi rendah terkenal karena efeknya pada reaksi enzimatik. Sonikasi dapat digunakan untuk keduanya, aktivasi dan inaktivasi enzim. Sonikasi terkontrol pada amplitudo rendah hingga sedang mengaktifkan enzim dan meningkatkan perpindahan massa antara enzim dan substrat, yang menghasilkan peningkatan aktivitas katalitik enzim.
Sonikasi mengubah karakteristik enzim sehingga meningkatkan aktivitas enzim. Praperlakuan substrat ultrasonik mempercepat reaksi enzimatik.
Pencampuran ultrasonik mempromosikan perpindahan massa antara enzim dan substrat plastik, sehingga enzim dapat menembus dan mendegradasi lelehan PET yang sangat kristal. Sebagai teknologi hemat energi dan mudah dioperasikan, sonikasi membantu mendaur ulang PET secara hemat biaya dan ramah lingkungan.

Dispersi Ultrasonik Enzim dan Substrat

Turbulensi geser dan mikro yang dihasilkan secara ultrasonik terkenal dengan efisiensinya yang tinggi dalam hal aplikasi pendispersi. Dispersi agregat enzim yang diinduksi secara ultrasonik serta aglomerat substrat meningkatkan aktivitas katalitik enzimatik karena pemecahan agregat molekul dan aglomerat meningkatkan luas permukaan aktif antara enzim dan substrat untuk reaksi.

Enzim Cutinase yang Dipromosikan Secara Ultrasonik

Sonikasi telah menunjukkan hasil yang baik dalam aktivasi enzim utinase Thc_Cut1 sehubungan dengan aktivitas hidrolisis PET-nya. Degradasi enzimatik PET yang ditingkatkan secara ultrasonik menghasilkan peningkatan 6,6 kali lipat dari produk degradasi yang dilepaskan dibandingkan dengan PET yang tidak diobati. Peningkatan persentase kristal (28%) dalam bubuk dan film PET menghasilkan hasil hidrolisis yang lebih rendah, yang dapat dikaitkan dengan ketersediaan permukaan yang lebih rendah. (lih. Nikolaivits et al. 2018)

Tentang Daur Ulang Plastik Enzimatik

Enzim hidrolisis kompos cabang daun cutinase (LLC) terjadi di alam dan memotong ikatan antara dua blok bangunan polietilen tereftalat (PET), tereftalat dan etilen glikol. Namun, efektivitas enzim secara keseluruhan dan sensitivitas panasnya merupakan faktor pembatas reaksi, yang mengurangi efisiensi proses secara signifikan. Enzim cutinase kompos cabang daun mulai terdegradasi pada suhu 65°C, sedangkan proses degradasi PET membutuhkan suhu 72°C atau lebih tinggi, suhu di mana PET mulai meleleh. PET cair merupakan faktor proses yang penting karena lelehan menawarkan luas permukaan yang lebih tinggi di mana enzim dapat bekerja.
Reasearchers telah merekayasa ulang enzim cutinase kompos cabang daun yang terjadi secara alami dan mengubah asam amino di tempat pengikatannya. Hal ini menghasilkan enzim mutan yang menunjukkan peningkatan aktivitas sebesar 10.000 kali dalam memutus ikatan PET (dibandingkan dengan enzim LLC asli) dan stabilitas panas yang meningkat secara signifikan. Ini berarti enzim mutan baru tidak terurai pada suhu 72°C, suhu di mana PET mulai meleleh.
Dispersi ultrasonik dan aktivasi permukaan mempromosikan reaksi katalitik yang digerakkan secara enzimatik. Parameter sonikasi spesifik seperti amplitudo ultrasonik, waktu, suhu dan tekanan dapat disesuaikan dengan tepat ke jenis enzim untuk meningkatkan aktivitas katalitiknya. Parameter pemrosesan ultrasonik dan efeknya pada enzim tergantung pada jenis enzim tertentu, komposisi asam aminonya dan struktur konformasi. Dengan demikian, setiap jenis enzim memiliki kondisi proses yang optimal di mana aktivasi enzim yang optimal tercapai.

Prosesor Ultrasonik Kinerja Tinggi untuk Reaksi Enzimatik

Hielscher Ultrasonics telah lama berpengalaman dalam merancang, memproduksi dan mendistribusikan ultrasonicator berkinerja tinggi untuk aplikasi daya di laboratorium dan industri. Pengetahuan dan pengalaman kami dalam pemrosesan ultrasonik yang canggih adalah bagian dari penawaran yang kami berikan kepada pelanggan kami.
Kami memandu pelanggan kami dari konsultasi pertama atas pengujian kelayakan dan pengoptimalan proses hingga pemasangan akhir dan pengoperasian sistem ultrasonik Anda.
Perangkat ultrasonik kami yang dapat dikontrol dengan tepat memungkinkan untuk mempengaruhi aktivitas enzim, kintik, sifat termodinamika serta suhu pemrosesan.
Portofolio prosesor ultrasonik kami yang kuat dan andal mencakup berbagai macam mulai dari perangkat lab genggam yang ringkas hingga prosesor bench-top dan sepenuhnya industri. Dari 200 watt ke atas, semua perangkat ultrasonik dilengkapi dengan layar sentuh digital, perangkat lunak cerdas, kontrol browser jarak jauh, dan protokol data otomatis pada kartu SD terintegrasi. Mode siklus sonikasi yang dapat disesuaikan secara individual (mode pulsa) memungkinkan untuk mengatur dan mengontrol paparan enzim (waktu dan periode istirahat) untuk perawatan ultrasonik. Kekokohan peralatan ultrasonik Hielscher memungkinkan pengoperasian 24/7 pada tugas berat dan di lingkungan yang menuntut.
Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami: