Ферментативная переработка пластика под ультразвуковым контролем

Полиэтилентерефталат (ПЭТ) является огромным источником отходов, поступающих в основном от использованных бутылок из-под воды и напитков. До недавнего времени переработка ПЭТ приводила к низкому качеству пластика. Новый мутантный фермент обещает деградацию ПЭТ в первозданное сырье, которое может быть использовано для производства новых высококачественных пластиков. Ферменты, продвигаемые ультразвуком, демонстрируют более высокую эффективность, ускоряя ферментативную переработку пластмасс и увеличивая технологические мощности.

Ультразвуковое исследование для ферментативной переработки пластика

Высокоинтенсивная низкочастотная ультразвукизация хорошо известна своим влиянием на ферментативные реакции. Ультразвуковая обработка может использоваться как для активации, так и для инактивации ферментов. Контролируемая ультразвук при низких и средних амплитудах активирует ферменты и способствует массообмену между ферментами и субстратом, что приводит к повышению каталитической активности ферментов.
Ультразвуковая обработка изменяет характеристики ферментов, тем самым способствуя активности ферментов. Ультразвуковая предварительная обработка субстрата ускоряет ферментативные реакции.
Ультразвуковое перемешивание способствовало массопереносу между ферментами и пластиковой подложкой, так что фермент может проникать и разрушать расплав высококристаллического ПЭТ. Являясь энергоэффективной и простой в эксплуатации технологией, ультразвуковая обработка помогает перерабатывать ПЭТ экономически эффективным и экологически чистым способом.

Ультразвуковое диспергирование фермента и субстрата

Ультразвуковые сдвиговые и микротурбулентности хорошо известны своей высокой эффективностью, когда речь идет о диспергирующих приложениях. Индуцированное ультразвуковым излучением диспергирование ферментных агрегатов, а также агломератов субстрата улучшает ферментативную каталитическую активность, так как расщепление молекулярных агрегатов и агломератов увеличивает площадь активной поверхности между ферментами и субстратом для реакции.

Фермент кутиназы под ультразвуковым действием

Ультразвуковая обработка показала хорошие результаты в активации фермента утиназы Thc_Cut1 в отношении его гидролизной активности ПЭТ. Усиленная ультразвуком ферментативная деградация ПЭТФ привела к увеличению выделяемых продуктов распада в 6,6 раза по сравнению с необработанным ПЭТ. Увеличение кристаллического процента (28%) в порошке и пленках ПЭТ приводило к снижению выхода гидролиза, что может быть связано с уменьшением доступности поверхности. (ср. Nikolaivits et al. 2018)

О компании Enzymatic Plastic Recycling

Фермент гидролиз компостной кутиназы из листьев и ветвей (LLC) встречается в природе и разрывает связи между двумя строительными блоками полиэтилентерефталата (ПЭТ), терефталатом и этиленгликолем. Тем не менее, общая эффективность фермента и его чувствительность к теплу являются ограничивающими факторами реакции, которые значительно снижают эффективность процесса. Фермент кутиназы компоста из листьев и ветвей начинает разлагаться при 65 °C, в то время как для процессов разложения ПЭТ требуется температура 72 °C или выше, при которой ПЭТ начинает плавиться. Расплавленный ПЭТ является важным технологическим фактором, поскольку расплав обеспечивает большую площадь поверхности, на которую фермент может воздействовать.
Исследователи заново спроектировали встречающийся в природе фермент кутиназы компоста из листьев и ветвей и изменили аминокислоты в местах его связывания. В результате был получен мутантный фермент, который демонстрирует повышенную в 10 000 раз активность в разрыве ПЭТ-связей (по сравнению с нативным ферментом LLC) и значительно улучшенную термостабильность. Это означает, что новый мутантный фермент не разрушается при температуре 72°C, при которой ПЭТ начинает плавиться.
Ультразвуковое диспергирование и поверхностная активация способствуют ферментативной каталитической реакции. Конкретные параметры ультразвуковой обработки, такие как амплитуда ультразвука, время, температура и давление, могут быть точно настроены на тип фермента для повышения его каталитической активности. Параметры ультразвуковой обработки и их влияние на ферменты зависят от конкретного типа фермента, его аминокислотного состава и конформационной структуры. Таким образом, каждый тип фермента имеет оптимальные условия процесса, при которых достигается оптимальная активация фермента.

Высокопроизводительные ультразвуковые процессоры для ферментативных реакций

Компания Hielscher Ultrasonics имеет многолетний опыт в разработке, производстве и распространении высокопроизводительных ультразвуковых аппаратов для силовых применений в лабораториях и промышленности. Наши знания и опыт в области сложной ультразвуковой обработки являются частью предложения, которое мы предоставляем нашим клиентам.
Мы сопровождаем наших клиентов от первой консультации, технико-экономического обоснования и оптимизации процесса до окончательной установки и эксплуатации вашей ультразвуковой системы.
Наши точно управляемые ультразвуковые приборы позволяют влиять на активность ферментов, кинетику, термодинамические свойства, а также на температуру обработки.
Наш ассортимент мощных и надежных ультразвуковых процессоров охватывает весь спектр от компактных портативных лабораторных устройств до настольных и полностью промышленных процессоров. От 200 Вт и выше, все ультразвуковые устройства оснащены цифровым сенсорным дисплеем, интеллектуальным программным обеспечением, удаленным управлением через браузер и автоматическим протоколированием данных на встроенной SD-карте. Индивидуально настраиваемый режим цикла ультразвуковой обработки (импульсный режим) позволяет настраивать и контролировать воздействие фермента (время и периоды покоя) на ультразвуковую обработку. Надежность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 в тяжелых условиях эксплуатации и в сложных условиях.
В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов: