Ultrasoniski veicināta fermentatīva plastmasas pārstrāde

Polietilēntereftalāts (PET) ir milzīgs atkritumu avots, kas galvenokārt nāk no lietotām ūdens un dzērienu pudelēm. Vēl nesen PET pārstrādes rezultātā tika iegūta zemas kvalitātes plastmasa. Jauns mutantu enzīms sola PET noārdīšanos senatnīgā izejvielā, ko var izmantot jaunām augstas kvalitātes plastmasām. Ultrasoniski veicināti fermenti parāda augstāku efektivitāti, paātrinot plastmasas fermentatīvo pārstrādi un palielinot procesa jaudu.

Ultrasonication fermentatīvai plastmasas pārstrādei

Augstas intensitātes, zemas frekvences ultrasonication ir labi pazīstama ar savu ietekmi uz fermentatīvām reakcijām. Ultraskaņas apstrādi var izmantot gan fermentu aktivizēšanai, gan inaktivācijai. Kontrolēta ultraskaņas apstrāde zemā vai vidējā amplitūdā aktivizē fermentus un veicina masas pārnesi starp fermentiem un substrātu, kā rezultātā palielinās fermentu katalītiskā aktivitāte.
Ultraskaņas apstrāde maina fermentu īpašības, tādējādi veicinot fermentu aktivitāti. Ultraskaņas substrāta pirmapstrāde paātrina fermentatīvās reakcijas.
Ultraskaņas sajaukšana veicināja masas pārnesi starp fermentiem un plastmasas substrātu, lai ferments varētu iekļūt un noārdīt ļoti kristāliska PET kausējumu. Kā energoefektīva un viegli lietojama tehnoloģija, ultraskaņas apstrāde palīdz pārstrādāt PET rentabli un videi draudzīgi.

Fermentu un substrāta ultraskaņas dispersija

Ultrasoniski radītās bīdes un mikro turbulences ir labi pazīstamas ar savu augsto efektivitāti, kad runa ir par izkliedēšanas lietojumiem. Ultrasoniski inducētā fermentu agregātu, kā arī substrātu aglomerātu dispersija uzlabo fermentatīvo katalītisko aktivitāti, jo molekulāro agregātu un aglomerātu sadalīšanās palielina aktīvās virsmas laukumu starp fermentiem un reakcijas substrātu.

Ultrasoniski veicināts cutinase enzīms

Ultraskaņas apstrāde ir parādījusi labus rezultātus enzīma utināzes Thc_Cut1 aktivācijā attiecībā uz tā PET hidrolīzes aktivitāti. Ultrasoniski uzlabotā PET fermentatīvā degradācija izraisīja atbrīvoto noārdīšanās produktu 6,6 reizes lielāku pieaugumu salīdzinājumā ar neapstrādāto PET. Kristāliskā procentuālā daudzuma palielināšanās (28%) PET pulverī un plēvēs izraisīja zemāku hidrolīzes iznākumu, kas varētu būt saistīts ar pazeminātu virsmas aklimatizāciju. (sk. Nikolaivits et al. 2018)

Par fermentatīvo plastmasas pārstrādi

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.
Atkārtoti pētnieki ir pārveidojuši dabā sastopamo lapu zaru komposta cutinase fermentu un mainījuši aminoskābes tā saistīšanās vietās. Tā rezultātā radās mutants enzīms, kas uzrāda paaugstinātu aktivitāti par 10 000 reizēm PET saišu pārrāvumā (salīdzinot ar vietējo LLC fermentu) un ievērojami uzlabotu siltuma stabilitāti. Tas nozīmē, ka jaunais mutantais enzīms nesadalās 72°C temperatūrā, kurā PET sāk kust.
Ultraskaņas izkliedēšana un virsmas aktivācija veicina fermentatīvi vadītu katalītisko reakciju. Specifiskus ultraskaņas apstrādes parametrus, piemēram, ultraskaņas amplitūdu, laiku, temperatūru un spiedienu, var precīzi pielāgot fermentu tipam, lai palielinātu tā katalītisko aktivitāti. Ultraskaņas apstrādes parametri un to ietekme uz fermentiem ir atkarīga no konkrētā fermenta veida, tā aminoskābju sastāva un konformācijas struktūras. Tādējādi katram fermentu veidam ir optimāli procesa apstākļi, kuros tiek panākta optimāla fermentu aktivācija.

Augstas veiktspējas ultraskaņas procesori fermentatīvām reakcijām

Hielscher Ultrasonics ir ilgstoša pieredze augstas veiktspējas ultrasonikatoru projektēšanā, ražošanā un izplatīšanā enerģijas lietojumiem laboratorijā un rūpniecībā. Mūsu zināšanas un pieredze sarežģītā ultraskaņas apstrādē ir daļa no piedāvājuma, ko mēs piedāvājam saviem klientiem.
Mēs vadām savus klientus no pirmās konsultācijas par priekšizpēti un procesa optimizāciju līdz jūsu ultraskaņas sistēmas galīgajai uzstādīšanai un darbībai.
Mūsu precīzi kontrolējamās ultraskaņas ierīces ļauj ietekmēt fermentu aktivitāti, kinētiku, termodinamiskās īpašības, kā arī apstrādes temperatūru.
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.
Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu: