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

The hydrolyse enzyme leaf-branch compost cutinase (LLC) occurs in nature and cuts the bonds between the two building blocks of polyethylene terephthalate (PET), terephthalate and ethylene glycol. However, the enzyme’s overall effectiveness and its heat-sensitivity are reaction limiting factors, which reduce the process efficiency significantly. The leaf-branch compost cutinase enzyme begins to degrade at 65°C, whilst PET degradation processes require temperatures of 72°C or higher, the temperature at which PET begins to melt. Molten PET is important process factor since the melt offers a higher surface area where the enzyme can work on.
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.
Our portfolio of powerful and reliable ultrasonic processors covers the full range from the compact hand-held lab device to bench-top and fully industrial processors. From 200 watts upwards, all ultrasonic devices are equipped with a digital touch-display, intelligent software, remote browser control and automatic data protocolling on an integrated SD-card. The individually adjustable sonication cycle mode (puls mode) allows to set and control the enzyme exposure (time and rest periods) to the ultrasonic treatment. The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments.
Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів: