Ультразвукова пропаганда ферментативної переробки пластику

Поліетилентерефталат (ПЕТ) є величезним джерелом відходів, що надходять в основному з використаної води та пляшок для напоїв. До недавнього часу переробка ПЕТ призводила до отримання пластику низької якості. Новий мутантний фермент обіцяє розкладання ПЕТ на незайману сировину, яку можна використовувати для нових високоякісних пластиків. Ферменти, що просуваються ультразвуком, демонструють більш високу ефективність, прискорюючи ферментативну переробку пластмас і збільшуючи технологічні потужності.

Ультразвук для ферментативної переробки пластику

Високоінтенсивне, низькочастотне ультразвукове дослідження добре відоме своїм впливом на ферментативні реакції. Ультразвукова хвороба може застосовуватися як для активації, так і для інактивації ферментів. Контрольована ультразвукова діагностика при малих і середніх амплітудах активує ферменти і сприяє перенесенню маси між ферментами і субстратом, що призводить до підвищення каталітичної активності ферментів.
Ультразвукове випромінювання змінює характеристики ферментів, тим самим сприяючи активності ферментів. Попередня обробка ультразвуковим субстратом прискорює ферментативні реакції.
Ультразвукове змішування сприяло перенесенню маси між ферментами та пластиковим субстратом, завдяки чому фермент може проникати та розкладати розплав висококристалічного ПЕТ. Як енергоефективна та проста в експлуатації технологія, ультразвукова обробка допомагає переробляти ПЕТ економічно ефективно та екологічно чисто.

Ультразвукова дисперсія ферменту і субстрату

Ультразвуковий зсув і мікротурбулентність добре відомі своєю високою ефективністю, коли справа доходить до диспергування. Ультразвуково індукована дисперсія ферментних агрегатів, а також субстратних агломератів покращує ферментативну каталітичну активність, оскільки розпад молекулярних агрегатів і агломератів збільшує площу активної поверхні між ферментами і субстратом для реакції.

Фермент кутиназа, що просувається ультразвуком

Ультразвукова діагностика показала хороші результати в активації ферменту утинази Thc_Cut1 щодо його гідролізної активності ПЕТ. Ультразвуково посилена ферментативна деградація ПЕТ призвела до збільшення вивільнених продуктів розпаду в 6,6 раза в порівнянні з необробленим ПЕТ. Збільшення кристалічного відсотка (28%) у порошку та плівках ПЕТ призвело до зниження виходу гідролізу, що може бути пов'язано зі зниженою доступністю поверхні. (пор. Ніколаівіц та ін. 2018)

Про ферментативну переробку пластику

Гідролізний фермент листо-гілкова компостна кутиназа (LLC) зустрічається в природі та розриває зв'язки між двома будівельними блоками поліетилентерефталату (ПЕТ), терефталату та етиленгліколю. Однак загальна ефективність ферменту та його чутливість до тепла є обмежувальними факторами реакції, які значно знижують ефективність процесу. Фермент кутинази компосту з листяних гілок починає руйнуватися при 65 ° C, в той час як процеси розкладання ПЕТ вимагають температури 72 ° C або вище, температури, при якій ПЕТ починає плавитися. Розплавлений ПЕТ є важливим фактором процесу, оскільки розплав забезпечує більшу площу поверхні, на якій фермент може працювати.
Дослідники переробили природний фермент кутинази компосту з листям і гілками та змінили амінокислоти в місцях його зв'язування. Це призвело до появи мутантного ферменту, який проявляє підвищену в 10 000 разів активність при розриві ПЕТ-зв'язків (в порівнянні з нативним ферментом ТОВ) і значно поліпшену термостабільність. Це означає, що новий мутантний фермент не розщеплюється при 72 ° C - температурі, при якій ПЕТ починає плавитися.
Ультразвукове диспергування та поверхнева активація сприяє ферментативно керованій каталітичній реакції. Конкретні параметри ультразвукового звуку, такі як амплітуда ультразвуку, час, температура та тиск, можуть бути точно налаштовані на тип ферменту для підвищення його каталітичної активності. Параметри ультразвукової обробки та їх вплив на ферменти залежать від конкретного типу ферменту, його амінокислотного складу та конформаційної структури. Таким чином, кожен тип ферментів має оптимальні умови процесу, при яких досягається оптимальна активація ферменту.

Високопродуктивні ультразвукові процесори для ферментативних реакцій

Hielscher Ultrasonics має багаторічний досвід у розробці, виробництві та розповсюдженні високопродуктивних ультразвукових пристроїв для енергетичних застосувань у лабораторії та промисловості. Наші знання та досвід у складній ультразвуковій обробці є частиною пропозиції, яку ми надаємо нашим клієнтам.
Ми супроводжуємо наших клієнтів від першої консультації щодо техніко-економічного обґрунтування та оптимізації процесу до остаточного встановлення та експлуатації вашої ультразвукової системи.
Наші точно керовані ультразвукові прилади дозволяють впливати на активність ферментів, кінетику, термодинамічні властивості, а також температуру обробки.
Наше портфоліо потужних і надійних ультразвукових процесорів охоплює повний спектр від компактних ручних лабораторних пристроїв до настільних і повністю промислових процесорів. Від 200 Вт і вище всі ультразвукові прилади оснащені цифровим сенсорним дисплеєм, інтелектуальним програмним забезпеченням, віддаленим керуванням браузером і автоматичним протоколізуванням даних на вбудованій SD-карті. Індивідуально регульований режим циклу ультразвуку (режим пульсу) дозволяє встановлювати і контролювати вплив ферментів (час і періоди відпочинку) на ультразвукову обробку. Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє працювати 24/7 у важких умовах і в складних умовах.
Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів: