Ultrazvočno promovirano encimsko recikliranje plastike

Polietilen tereftalat (PET) je velik vir odpadkov, ki prihaja predvsem iz rabljenih steklenic za vodo in pijačo. Do nedavnega je recikliranje PET povzročilo nizko kakovost plastike. Nov mutirani encim obljublja razgradnjo PET v neokrnjeno surovino, ki jo je mogoče uporabiti za novo visokokakovostno plastiko. Ultrazvočno promovirani encimi kažejo večjo učinkovitost, pospešujejo encimsko recikliranje plastike in povečujejo procesne zmogljivosti.

Ultrasonication za encimsko recikliranje plastike

Visoko intenzivna, nizkofrekvenčna ultrazvočna razširitev je dobro znana po svojih učinkih na encimske reakcije. Sonication se lahko uporablja tako za aktivacijo kot za inaktivacijo encimov. Nadzorovana ultrazvočna razbijanja pri nizkih do srednjih amplitudah aktivira encime in spodbuja prenos mase med encimi in substratom, kar ima za posledico povečano katalitično aktivnost encimov.
Sonication spremeni značilnosti encimov in s tem spodbuja encimsko aktivnost. Ultrazvočna predobdelava substrata pospešuje encimske reakcije.
Ultrazvočno mešanje spodbuja prenos mase med encimi in plastičnim substratom, tako da lahko encim prodre in razgradi taline visoko kristalnega PET. Kot energetsko učinkovita in enostavna za uporabo tehnologija ultrazvočna obdelava pomaga pri recikliranju PET stroškovno učinkovito in okolju prijazno.

Ultrazvočna disperzija encima in substrata

Ultrazvočno ustvarjene strižne in mikroturbulence so dobro znane po svoji visoki učinkovitosti, ko gre za disperzijske aplikacije. Ultrazvočno inducirana disperzija encimskih agregatov in aglomeratov substratov izboljša encimsko katalitično aktivnost, saj razgradnja molekularnih agregatov in aglomeratov poveča aktivno površino med encimi in substratom za reakcijo.

Ultrazvočno promoviran encim Cutinase

Sonication je pokazal dobre rezultate pri aktivaciji encima utinaze Thc_Cut1 glede na njegovo hidrolizno aktivnost PET. Ultrazvočno povečana encimska razgradnja PET je povzročila 6,6-kratno povečanje sproščenih razgradnih produktov v primerjavi z neobdelanim PET. Povečanje kristalnega odstotka (28%) v PET prahu in filmih je povzročilo nižji izkoristek hidrolize, kar bi lahko bilo povezano z zmanjšano razpoložljivostjo površine. (prim. Nikolaivits et al. 2018)

O encimskem recikliranju plastike

Hidrolizni encim listno-vejska kompostna kutinaza (LLC) se pojavlja v naravi in prereže vezi med dvema gradnikoma polietilen tereftalata (PET), tereftalata in etilen glikola. Vendar pa sta splošna učinkovitost encima in njegova občutljivost na toploto dejavnika, ki omejujeta reakcijo, ki znatno zmanjšata učinkovitost procesa. Encim za kompostno kotinazo se začne razgrajevati pri 65 °C, medtem ko procesi razgradnje PET zahtevajo temperaturo 72 °C ali višjo, temperaturo, pri kateri se PET začne topiti. Staljeni PET je pomemben procesni dejavnik, saj talina ponuja večjo površino, na kateri lahko encim deluje.
Raziskovalci so preoblikovali naravni encim za kompost iz listnih vej in spremenili aminokisline na njegovih vezavnih mestih. To je povzročilo mutirani encim, ki kaže povečano aktivnost za 10.000-krat pri razbijanju PET vezi (v primerjavi z nativnim encimom LLC) in znatno izboljšano toplotno stabilnost. To pomeni, da se novi mutirani encim ne razgradi pri 72 °C, temperaturi, pri kateri se PET začne taliti.
Ultrazvočna disperzija in površinska aktivacija spodbujata encimsko katalitično reakcijo. Specifični parametri ultrazvočne obdelave, kot so ultrazvočna amplituda, čas, temperatura in tlak, se lahko natančno prilagodijo tipu encima, da se poveča njegova katalitična aktivnost. Parametri ultrazvočne obdelave in njihovi učinki na encime so odvisni od specifičnega tipa encima, njegove aminokislinske sestave in konformacijske strukture. Tako ima vsaka vrsta encima optimalne procesne pogoje, pod katerimi se doseže optimalna aktivacija encimov.

Visoko zmogljivi ultrazvočni procesorji za encimske reakcije

Hielscher Ultrasonics ima dolgoletne izkušnje z načrtovanjem, proizvodnjo in distribucijo visoko zmogljivih ultrazvočnih aparatov za energetske aplikacije v laboratoriju in industriji. Naše znanje in izkušnje na področju sofisticirane ultrazvočne obdelave so del ponudbe, ki jo ponujamo našim strankam.
Naše stranke vodimo od prvega posvetovanja o testiranju izvedljivosti in optimizaciji procesov do končne namestitve in delovanja vašega ultrazvočnega sistema.
Naše natančno nadzorovane ultrazvočne naprave omogočajo vplivanje na encimsko aktivnost, kinetiko, termodinamične lastnosti in temperaturo obdelave.
Naš portfelj zmogljivih in zanesljivih ultrazvočnih procesorjev zajema celoten razpon od kompaktnih ročnih laboratorijskih naprav do namiznih in popolnoma industrijskih procesorjev. Od 200 vatov navzgor so vse ultrazvočne naprave opremljene z digitalnim zaslonom na dotik, inteligentno programsko opremo, daljinskim upravljanjem brskalnika in samodejnim protokoliranjem podatkov na integrirani kartici SD. Individualno nastavljiv način ultrazvočnega cikla (pulzni način) omogoča nastavitev in nadzor izpostavljenosti encimom (čas in čas počitka) ultrazvočnemu zdravljenju. Robustnost Hielscherjeve ultrazvočne opreme omogoča 24/7 delovanje pri težkih obremenitvah in v zahtevnih okoljih.
Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov: