Promowany ultradźwiękowo recykling tworzyw enzymatycznych

Politereftalan etylenu (PET) jest ogromnym źródłem odpadów pochodzących głównie ze zużytej wody i butelek po napojach. Jeszcze do niedawna recykling politereftalanu etylenu (PET) powodował powstawanie tworzyw sztucznych niskiej jakości. Nowy zmutowany enzym obiecuje rozkład PET na nieskazitelny surowiec, który może być wykorzystany do produkcji nowych, wysokiej jakości tworzyw sztucznych. Promowane ultradźwiękowo enzymy wykazują wyższą wydajność, przyspieszając recykling enzymatyczny tworzyw sztucznych i zwiększając wydajność procesu.

Ultradźwięki dla Enzymatycznego Recyklingu Tworzyw Sztucznych

Ultrasonografia o wysokiej intensywności i niskiej częstotliwości jest dobrze znana z wpływu na reakcje enzymatyczne. Ultradźwięki mogą być wykorzystywane zarówno do aktywacji, jak i inaktywacji enzymów. Kontrolowana sonizacja przy niskich i średnich amplitudach aktywuje enzymy i promuje masowy transfer pomiędzy enzymami a substratem, co skutkuje zwiększoną aktywnością katalityczną enzymów.
Sygnalizacja zmienia charakterystykę enzymu, promując w ten sposób jego aktywność. Ultradźwiękowa obróbka wstępna substratów przyspiesza reakcje enzymatyczne.
Mieszanie ultradźwiękowe wspomagało transfer masy pomiędzy enzymami a plastikowym podłożem, dzięki czemu enzym mógł przenikać i rozkładać stopiony wysokokrystaliczny PET. Jako technologia energooszczędna i łatwa w obsłudze, sondowanie pomaga przetwarzać PET w sposób oszczędny i przyjazny dla środowiska.

Ultradźwiękowa dyspersja enzymów i substratów

Ultradźwiękowo generowane ścinanie i mikroturbulencje są dobrze znane z wysokiej wydajności w zastosowaniach dyspersyjnych. Indukowana ultradźwiękowo dyspersja agregatów enzymatycznych oraz aglomeratów substratów poprawia enzymatyczną aktywność katalityczną, ponieważ rozpad agregatów i aglomeratów molekularnych zwiększa powierzchnię aktywną pomiędzy enzymami a substratem do reakcji.

Enzym kutynazy promowanej ultradźwiękamicznie

Sonikacja wykazała dobre wyniki w aktywacji enzymu utinazy Thc_Cut1 w odniesieniu do jego aktywności hydrolizy PET. Ulepszona ultradźwiękowo enzymatyczna degradacja PET spowodowała 6,6-krotny wzrost uwalnianych produktów degradacji w porównaniu z PET nie poddanym obróbce. Wzrost udziału krystalicznego (28%) w proszku i folii PET spowodował obniżenie wydajności hydrolizy, co może być związane z obniżoną dostępnością powierzchni. (por. Nikolaivits i in. 2018)

O Enzymatycznym Recyklingowaniu Tworzyw Sztucznych

W przyrodzie występuje enzym hydrolizy - enzym liściowo-gałęziowy kompost cutinazy (LLC), który przerywa wiązania między dwoma składnikami politereftalanu etylenu (PET), tereftalanu i glikolu etylenowego. Jednak ogólna skuteczność enzymu i jego wrażliwość termiczna są czynnikami ograniczającymi reakcje, które znacznie zmniejszają wydajność procesu. W temperaturze 65°C rozpoczyna się degradacja enzymu kutinazy kompostowej z gałęzi liściowej, podczas gdy procesy degradacji PET wymagają temperatury 72°C lub wyższej, w której PET zaczyna się topić. Roztopiony PET jest ważnym czynnikiem procesu, ponieważ jego powierzchnia jest większa niż powierzchnia, na której enzym może pracować.
Reasearcherzy przeprojektowali naturalnie występujący enzym kutinazy kompostowej z gałązek liściowych i zmienili aminokwasy w miejscach jego wiązania. Spowodowało to powstanie zmutowanego enzymu, który wykazuje zwiększoną o 10.000 razy aktywność w rozbijaniu wiązań PET (w porównaniu do rodzimego enzymu LLC) oraz znacznie poprawioną stabilność termiczną. Oznacza to, że nowy zmutowany enzym nie rozpada się w temperaturze 72°C, w której PET zaczyna się topić.
Dyspersja ultradźwiękowa i aktywacja powierzchniowa sprzyja reakcji katalitycznej napędzanej enzymatycznie. Konkretne parametry sonacji, takie jak amplituda ultradźwiękowa, czas, temperatura i ciśnienie mogą być dokładnie dostosowane do typu enzymu, aby zwiększyć jego aktywność katalityczną. Parametry przetwarzania ultradźwiękowego i ich wpływ na enzymy zależą od konkretnego typu enzymu, jego składu aminokwasowego i struktury konformacyjnej. Tym samym każdy typ enzymu posiada optymalne warunki procesowe, w których osiągnięta jest optymalna aktywacja enzymu.

Wysokowydajne ultradźwiękowe procesory do reakcji enzymatycznych

Firma Hielscher Ultrasonics posiada wieloletnie doświadczenie w projektowaniu, produkcji i dystrybucji wysokowydajnych ultrasonografów do zastosowań energetycznych w laboratoriach i przemyśle. Nasza wiedza i doświadczenie w zakresie zaawansowanej obróbki ultradźwiękowej jest częścią oferty, którą oferujemy naszym klientom.
Prowadzimy naszych klientów od pierwszych konsultacji w zakresie badania wykonalności i optymalizacji procesów aż do ostatecznej instalacji i eksploatacji Państwa systemu ultradźwiękowego.
Nasze precyzyjnie regulowane urządzenia ultradźwiękowe pozwalają wpływać na aktywność enzymów, kinetykę, właściwości termodynamiczne oraz temperaturę przetwarzania.
Nasza oferta wydajnych i niezawodnych procesorów ultradźwiękowych obejmuje pełen zakres od kompaktowych ręcznych urządzeń laboratoryjnych po procesory stołowe i w pełni przemysłowe. Wszystkie urządzenia ultradźwiękowe o mocy od 200 W są wyposażone w cyfrowy wyświetlacz dotykowy, inteligentne oprogramowanie, zdalne sterowanie za pomocą przeglądarki i automatyczne protokołowanie danych na zintegrowanej karcie SD. Indywidualnie regulowany tryb cyklu sonacji (tryb pulsacyjny) pozwala na ustawienie i kontrolę ekspozycji enzymów (czas i okresy odpoczynku) w trakcie zabiegu ultradźwiękowego. Wytrzymałość urządzeń ultradźwiękowych firmy Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 w ciężkich warunkach i w wymagających środowiskach.
Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators: