Ultrasonically Promoted Enzymatic Plastic Recycling

O poli(tereftalato de etileno) (PET) é uma enorme fonte de resíduos proveniente principalmente de garrafas de água e de bebidas usadas. Até há pouco tempo, a reciclagem do PET resultava em plásticos de baixa qualidade. Uma nova enzima mutante promete a degradação do PET em matéria-prima pura, que pode ser utilizada para novos plásticos de alta qualidade. As enzimas promovidas por ultra-sons mostram uma maior eficiência, acelerando a reciclagem enzimática de plásticos e aumentando as capacidades do processo.

Ultrassom para a reciclagem enzimática de plásticos

A ultrassonografia de alta intensidade e baixa frequência é bem conhecida pelos seus efeitos nas reacções enzimáticas. A sonicação pode ser usada para ambos, a ativação e inativação de enzimas. A sonicação controlada a amplitudes baixas a médias ativa as enzimas e promove a transferência de massa entre as enzimas e o substrato, o que resulta num aumento da atividade catalítica das enzimas.
A sonicação altera as caraterísticas das enzimas, promovendo assim a sua atividade. O pré-tratamento ultrassónico do substrato acelera as reacções enzimáticas.
A mistura ultra-sónica promoveu a transferência de massa entre as enzimas e o substrato plástico, de modo que a enzima pode penetrar e degradar a fusão de PET altamente cristalino. Sendo uma tecnologia eficiente em termos energéticos e fácil de utilizar, a ultra-sons ajuda a reciclar o PET de forma rentável e ecológica.

Dispersão ultra-sónica da enzima e do substrato

O cisalhamento e as micro-turbulências gerados por ultra-sons são bem conhecidos pela sua elevada eficiência quando se trata de aplicações de dispersão. A dispersão induzida por ultra-sons de agregados de enzimas, bem como de aglomerados de substrato, melhora a atividade catalítica enzimática, uma vez que a quebra de agregados moleculares e aglomerados aumenta a área de superfície ativa entre enzimas e substrato para a reação.

Enzima cutinase promovida por ultra-sons

A sonicação demonstrou bons resultados na ativação da enzima utinase Thc_Cut1 no que diz respeito à sua atividade de hidrólise do PET. A degradação enzimática ultrassónica do PET resultou num aumento de 6,6 vezes dos produtos de degradação libertados em comparação com o PET não tratado. Um aumento da percentagem de cristais (28%) no pó e nas películas de PET resultou em rendimentos de hidrólise mais baixos, o que pode estar relacionado com a menor disponibilidade de superfície. (cf. Nikolaivits et al. 2018)

Sobre a Reciclagem Enzimática de Plásticos

A enzima de hidrólise leaf-branch compost cutinase (LLC) existe na natureza e corta as ligações entre os dois blocos de construção do politereftalato de etileno (PET), o tereftalato e o etilenoglicol. No entanto, a eficácia global da enzima e a sua sensibilidade ao calor são factores limitantes da reação, que reduzem significativamente a eficiência do processo. A enzima cutinase do composto de ramos de folhas começa a degradar-se a 65°C, enquanto os processos de degradação do PET requerem temperaturas de 72°C ou superiores, a temperatura a que o PET começa a fundir-se. O PET fundido é um fator importante do processo, uma vez que a fusão oferece uma área de superfície mais elevada onde a enzima pode trabalhar.
Os investigadores efectuaram uma nova engenharia da enzima cutinase do composto de ramos de folhas que ocorre naturalmente e alteraram os aminoácidos nos seus locais de ligação. O resultado foi uma enzima mutante que apresenta uma atividade 10.000 vezes superior na quebra de ligações PET (em comparação com a enzima LLC nativa) e uma estabilidade térmica significativamente melhorada. Isto significa que a nova enzima mutante não se decompõe a 72°C, a temperatura a que o PET começa a derreter.
A dispersão ultra-sónica e a ativação da superfície promovem a reação catalítica enzimática. Os parâmetros específicos de sonicação, como a amplitude, o tempo, a temperatura e a pressão ultra-sónicos, podem ser ajustados exatamente ao tipo de enzima para aumentar a sua atividade catalítica. Os parâmetros de processamento ultrassónico e os seus efeitos sobre as enzimas dependem do tipo específico de enzima, da sua composição de aminoácidos e da estrutura conformacional. Deste modo, cada tipo de enzima tem condições de processamento óptimas, nas quais se consegue uma ativação óptima da enzima.

Processadores ultra-sónicos de alto desempenho para reacções enzimáticas

A Hielscher Ultrasonics tem uma longa experiência na conceção, fabrico e distribuição de ultrassons de alto desempenho para aplicações de energia no laboratório e na indústria. O nosso conhecimento e experiência no processamento sofisticado de ultra-sons faz parte da oferta que oferecemos aos nossos clientes.
Orientamos os nossos clientes desde a primeira consulta, passando pelos testes de viabilidade e otimização de processos, até à instalação final e funcionamento do seu sistema de ultra-sons.
Os nossos dispositivos ultra-sónicos controláveis com precisão permitem influenciar a atividade enzimática, a cinética, as propriedades termodinâmicas, bem como a temperatura de processamento.
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O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons: