Reciclagem de plástico enzimática promovida por ultrassom

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

Ultrassom para reciclagem enzimática de plástico

A ultrassonografia de alta intensidade e baixa frequência é bem conhecida por seus efeitos nas reações enzimáticas. A sonicação pode ser usada tanto para a ativação quanto para a inativação de enzimas. A sonicação controlada em amplitudes baixas a médias ativa as enzimas e promove a transferência de massa entre as enzimas e o substrato, o que resulta em aumento da atividade catalítica das enzimas.
A sonicação altera as características da enzima, promovendo assim a atividade enzimática. O pré-tratamento ultrassônico do substrato acelera as reações enzimáticas.
A mistura ultrassônica promoveu a transferência de massa entre enzimas e substrato plástico, de modo que a enzima pode penetrar e degradar o fundido do PET altamente cristalino. Como uma tecnologia energeticamente eficiente e fácil de operar, a sonicação ajuda a reciclar o PET de forma econômica e ecológica.

Dispersão ultrassônica de enzima e substrato

O cisalhamento gerado por ultrassom e as microturbulências são bem conhecidos por sua alta eficiência quando se trata de aplicações de dispersão. A dispersão induzida por ultrassom de agregados enzimáticos, 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 as enzimas e o substrato para reação.

Enzima Cutinase Promovida Ultrassonicamente

A sonicação tem mostrado bons resultados na ativação da enzima utinase Thc_Cut1 em relação à sua atividade de hidrólise do PET. A degradação enzimática ultrassônica do PET resultou em um aumento de 6,6 vezes dos produtos de degradação liberados em comparação com o PET não tratado. Um aumento da porcentagem cristalina (28%) em pó e filmes de PET resultou em menores rendimentos de hidrólise, o que pode estar relacionado à menor disponibilidade superficial. (cf. Nikolaivits et al. 2018)

Sobre a reciclagem enzimática de plástico

A enzima hidrólise composto de ramo de folha cutinase (LLC) ocorre na natureza e corta as ligações entre os dois blocos de construção de tereftalato de polietileno (PET), tereftalato e etilenoglicol. No entanto, a eficácia geral da enzima e sua sensibilidade ao calor são fatores limitantes da reação, que reduzem significativamente a eficiência do processo. A enzima cutinase do composto do ramo foliar começa a se degradar a 65 ° C, enquanto os processos de degradação do PET requerem temperaturas de 72 ° C ou mais, a temperatura na qual o PET começa a derreter. O PET fundido é um fator de processo importante, pois o fundido oferece uma área de superfície maior onde a enzima pode atuar.
Os pesquisadores reprojetaram a enzima cutinase do composto de ramo de folha que ocorre naturalmente e alteraram os aminoácidos em seus locais de ligação. Isso resultou em uma enzima mutante que mostra uma atividade aumentada em 10.000 vezes na quebra de ligações PET (em comparação com a enzima LLC nativa) e uma estabilidade térmica significativamente melhorada. Isso significa que a nova enzima mutante não se decompõe a 72 ° C, a temperatura na qual o PET começa a derreter.
A dispersão ultrassônica e a ativação da superfície promovem a reação catalítica acionada enzimaticamente. Parâmetros específicos de sonicação, como amplitude ultrassônica, tempo, temperatura e pressão, podem ser ajustados exatamente ao tipo de enzima para aumentar sua atividade catalítica. Os parâmetros de processamento ultrassônico e seus efeitos nas enzimas dependem do tipo específico de enzima, sua composição de aminoácidos e a estrutura conformacional. Assim, cada tipo de enzima tem condições ideais de processo sob as quais a ativação enzimática ideal é alcançada.

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