超音波により促進される酵素的プラスチックリサイクル

ポリエチレンテレフタレート（PET）は、主に使用済みの水や飲料のボトルから出る膨大な廃棄物である。最近まで、PETのリサイクルは低品質のプラスチックを生み出していた。新しい変異型酵素は、PETを分解し、新しい高品質のプラスチックに使用できる原始的な原料にすることを約束する。超音波で促進された酵素は、より高い効率を示し、プラスチックの酵素的リサイクルを加速し、処理能力を向上させる。

酵素的プラスチックリサイクルのための超音波処理

高強度、低周波数の超音波処理は、酵素反応に対する効果でよく知られている。超音波処理は、酵素の活性化と不活性化の両方に利用できる。低～中程度の振幅で制御された超音波照射は、酵素を活性化し、酵素と基質間の物質移動を促進する。
超音波処理により酵素の特性が変化し、酵素活性が促進される。超音波による基質前処理は酵素反応を促進する。
超音波混合は、酵素とプラスチック基質との間の物質移動を促進し、酵素が高結晶性PETの溶融物に浸透して分解できるようにした。エネルギー効率が高く、操作が簡単な技術である超音波処理は、PETをコスト効率よく、環境にやさしくリサイクルするのに役立つ。

酵素と基質の超音波分散

超音波で発生させたせん断と微小乱流は、分散用途ではその効率の高さでよく知られている。超音波による酵素凝集体や基質凝集体の分散は、分子凝集体や凝集体の破壊によって酵素と基質間の活性表面積が増加し、酵素触媒活性を向上させる。

超音波で促進されたクチナーゼ酵素

超音波処理は、PETの加水分解活性に関して、酵素ウチナーゼThc_Cut1の活性化に良い結果を示した。PETの酵素分解を超音波で促進した結果、未処理のPETと比較して、放出された分解生成物は6.6倍に増加した。PETパウダーとフィルムの結晶化率（28%）の増加により、加水分解収率が低下したが、これは表面利用性の低下に関連している可能性がある。(参照：Nikolaivits et al.）

酵素的プラスチックリサイクルについて

加水分解酵素リーフブランチコンポストクチナーゼ（LLC）は自然界に存在し、ポリエチレンテレフタレート（PET）の2つの構成要素であるテレフタレートとエチレングリコールの結合を切断する。しかし、酵素の全体的な効果と熱に弱いことが反応制限因子となり、処理効率が著しく低下する。葉枝堆肥のクチナーゼ酵素は65℃で分解を開始するが、PETの分解プロセスにはPETが溶け始める温度である72℃以上が必要である。溶融PETは、酵素が作用できる表面積が大きいため、重要なプロセス要因である。
研究者らは、天然に存在する葉枝堆肥のクチナーゼ酵素を再設計し、結合部位のアミノ酸を変更した。その結果、PET結合を切断する活性が（本来のLLC酵素に比べて）10,000倍も向上し、熱安定性も大幅に改善された変異型酵素が得られた。つまり、この新しい変異型酵素は、PETが溶け始める温度である72℃でも分解しないということである。
超音波分散と表面活性化により、酵素主導の触媒反応が促進される。超音波の振幅、時間、温度、圧力のような特定の超音波処理パラメーターは、触媒活性を高めるために酵素のタイプに合わせて正確に調整することができる。超音波処理パラメーターとその酵素への影響は、特定の酵素タイプ、アミノ酸組成、コンフォメーション構造に依存する。そのため、酵素の種類ごとに、最適な酵素活性化が達成される最適な処理条件がある。

酵素反応用高性能超音波プロセッサー

Hielscher Ultrasonics社は、研究室や産業におけるパワーアプリケーション用の高性能超音波発生装置の設計、製造、販売において長年の経験を有しています。高度な超音波処理に関する知識と経験は、お客様に提供するサービスの一部です。
フィージビリティ・テストやプロセスの最適化に関する最初のご相談から、超音波システムの最終的な設置・運用まで、お客様をご案内いたします。
当社の精密に制御可能な超音波装置は、酵素活性、速度論、熱力学的特性、処理温度に影響を与えることができる。
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下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です：