Ultrasonik kuchaytirilgan fermentatik plastmassa qayta ishlash
Polietilen tereftalat (PET) asosan ishlatilgan suv va ichimliklar idishlaridan chiqadigan katta chiqindilar manbai hisoblanadi. Yaqin vaqtgacha PETni qayta ishlash natijasida past sifatli plastmassalar paydo bo'ldi. Yangi mutant fermenti PETning yangi yuqori sifatli plastmassalar uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan toza xom ashyoga aylanishini va'da qiladi. Ultrasonik targ'ib qilingan fermentlar yuqori samaradorlikni ko'rsatadi, plastmassaning fermentativ qayta ishlanishini tezlashtiradi va jarayon imkoniyatlarini oshiradi.
Quvvatli ultratovush fermentatik PET qayta ishlashni qanday kuchaytiradi
- PET substratlari uchun mavjud bo'lgan sirt maydonini keskin oshiradi, shuning uchun kukun shaklidagi materiallar qattiq plyonkadan ancha samarali biokatalizga javob beradi.
- Polimer kristallikining to‘sqinlik qiluvchi ta’sirlarini kamaytiradi, bu past kristallikdagi PETning gidrolizini tezlashgan tezlikda amalga oshirish imkonini beradi.
- Maqsadga yo‘naltirilgan faollashtirish triggeri sifatida ishlaydi, bunda qisqa dastlabki sonikatsiya tereftal kislotasi (TA) va MHET kabi monomerlarning chiqarilishini keskin oshiradi.
- Ferment va polimer o‘rtasidagi massa almashinuvi va interfeys kontaktini shiddatli issiqlik yoki kimyoviy oldindan ishlovsiz kengaytiradi.
- Umumiy energiya talabini kamaytiradi, ultratovush energiyasini uzluksiz reaksiya holatlari o‘rniga qisqa faollashtirish fazasiga cheklash orqali.
Enzimatik reaktsiyalarni kuchaytirish uchun sonikator tizimi
Akustik Kavitatsiya Orqali Jismoniy To‘siqlarni Yengish
Poli(etilentereftalat) (PET) o'zining yuqori molekulyar og'irligi, hidrofobikligi va yarim kristalli arxitekturasi tufayli biologik qayta ishlashga jiddiy qarshilik ko'rsatadi, bu esa tabiiy ravishda fermentlarning kirib borishini va katalitik aloqani cheklaydi. Ultrasonik nurlanish akustik kavitatsiyani hosil qilish orqali ushbu jismoniy cheklovlarni samarali ravishda yo'q qiladi, bu polimer-erituvchi interfeysida mahalliylashtirilgan mikro aralashtirish, mexanik kesish kuchlari va boshqariladigan termal tebranishlarni keltirib chiqaradi. Bu akustik energiya polimer matritsasini shishiradi, qattiq kristalli domenlarni buzadi va biokatalizatorni biriktirish uchun mavjud sirt maydonini keskin oshiradi. Substratni erta bosqichdagi gidrolizdan oldin yoki uning davomida jismonan konditsioner qilish orqali sonikatsiya kristallanishning salbiy ta'sirini zararsizlantiradi va fermentativ hujum uchun yanada qulay mikro muhitni yaratadi va barqaror depolimerizatsiya uchun yuqori samarali asos yaratadi.
Kutinaz biokatalizatorlarining sinergik faollashuvi
Kutinaza fermentlari, xususan, Thermobifida cellulosilytica cutinase 1 (Thc_cut1) bilan quvvatli ultratovush integratsiyasi ferment yaxlitligini saqlab, katalitik aylanishni maksimal darajada oshiradigan kuchli sinergik aloqani namoyish etadi. Uzluksiz ultratovush nurlanishini saqlab qolish o'rniga, gidroliz boshlanishida qisqa 10 daqiqalik faollashtirish bosqichini qo'llash tizimni ishga tushiradi, natijada TA va MHET kabi parchalanish mahsulotlarining chiqarilishi sezilarli darajada 5,2 dan 6,6 barobarga oshadi. Akustik energiyaning qisqa muddatli portlashi, ehtimol, fermentlarning harakatchanligini yaxshilaydi, interfaziya namlanishini kuchaytiradi va oqsilni denaturatsiya qilmasdan katalitik bog'lanishni yaxshilash uchun polimer yuzasini vaqtincha o'zgartiradi. Yuqori energiyali kirishni butun reaktsiya vaqt jadvalidan ajratish orqali sonikatsiya-kutinaz sinergiyasi biokatalizator barqarorligini saqlab, jarayonning umumiy energiya sarfini kamaytirish bilan birga depolimerizatsiya samaradorligida sezilarli yutuqlarni beradi.
Substrat morfologiyasi va jarayonning miqyosi
Ultratovushli enzimatik PETni qayta ishlash muvaffaqiyatiga substrat geometriyasi va jismoniy shakli katta ta'sir ko'rsatadi, kukunli substratlar doimiy ravishda doimiy plyonkalardan ustun turadi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, ultratovush faollashuvi PET kukunlarida plyonkalarga qaraganda taxminan uch baravar samaraliroq, birinchi navbatda, granüler morfologiya fermentativ gidroliz uchun juda katta va qulayroq sirt maydonini ta'minlaydi. Past kristalli kukunlar (masalan, 8%) tez va mustahkam degradatsiyaga ega bo'lsa-da, hatto 7% kristalli PET plyonkalari kabi tuzilgan substratlar ham o'lchanadigan afzalliklarni ko'rsatadi, masalan, uzoq 72 soatlik reaktsiya davrida TA chiqarilishining 1,2 barobar yaxshilanishi. Ushbu morfologik bog'liqliklar ultratovush parametrlarini substrat xususiyatlariga moslashtirish zarurligini ta'kidlaydi, bu strategik sonikatsiya laboratoriya miqyosidagi enzimatik qayta ishlashni miqyosli, sanoat uchun yaroqli plastik chiqindilarni valorizatsiyasi bilan samarali tarzda ko'paytirishi mumkinligini isbotlaydi.
Kuchli ultratovush polietilentereftalat (PET) ning samarali qayta ishlash uchun depolimerizatsiyasini yaxshilaydi
Enzimatik reaktsiyalar uchun yuqori samarali ultratovushli protsessorlar
Hielscher Ultrasonics uzoq vaqt davomida laboratoriya va sanoatda quvvat qo'llash uchun yuqori samarali ultrasonikatorlarni loyihalash, ishlab chiqarish va tarqatish bo'yicha tajribaga ega. Murakkab ultratovushli ishlov berish bo'yicha bilim va tajribamiz mijozlarimizga taqdim etayotgan taklifimizning bir qismidir.
Biz mijozlarimizga texnik-iqtisodiy sinov va jarayonni optimallashtirish bo'yicha birinchi maslahatlashuvdan tortib, ultratovush tizimingizni yakuniy o'rnatish va ishlatishgacha yo'naltiramiz.
Bizning aniq boshqariladigan ultratovush qurilmalarimiz ferment faolligiga, kinetikaga, termodinamik xususiyatlarga, shuningdek ishlov berish haroratiga ta'sir qilish imkonini beradi.
Bizning kuchli va ishonchli ultratovushli protsessorlar portfelimiz ixcham qo'lda ushlab turiladigan laboratoriya qurilmasidan dastgoh usti va to'liq sanoat protsessorlarigacha bo'lgan to'liq assortimentni qamrab oladi. 200 vattdan yuqori bo'lgan barcha ultratovush qurilmalari raqamli sensorli displey, aqlli dasturiy ta'minot, brauzerni masofadan boshqarish va o'rnatilgan SD-kartada ma'lumotlarni avtomatik protokollash bilan jihozlangan. Alohida sozlanishi sonikatsiya sikli rejimi (puls rejimi) ultratovush bilan davolash uchun ferment ta'sirini (vaqt va dam olish davrlari) o'rnatish va nazorat qilish imkonini beradi. Hielscherning ultratovush uskunasining mustahkamligi og'ir yuklarda va talabchan muhitda 24/7 ishlash imkonini beradi.
Quyidagi jadvalda ultrasonikatorlarimizning taxminiy qayta ishlash quvvati ko'rsatilgan:
| To'plam hajmi | Oqim darajasi | Tavsiya etilgan qurilmalar |
|---|---|---|
| 1 dan 500 ml gacha | 10 dan 200 ml / min | UP100H |
| 10 dan 2000 ml gacha | 20 dan 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 dan 20 L gacha | 0.2 dan 4L/min gacha | UIP2000hdT |
| 10 dan 100 l gacha | 2 dan 10 l / min | UIP4000hdT |
| na | 10 dan 100 l / min | UIP16000 |
| na | kattaroq | ning klasteri UIP16000 |
Biz bilan bog'lanish! / Bizdan so'rang!
Plastmassani fermentativ qayta ishlash haqida
Barg-novdali kompost kutinaza gidroliz fermenti (MChJ) tabiatda uchraydi va polietilen tereftalat (PET), tereftalat va etilen glikolning ikkita qurilish bloklari orasidagi aloqalarni kesadi. Biroq, fermentning umumiy samaradorligi va uning issiqlikka sezgirligi reaktsiyani cheklovchi omillar bo'lib, jarayon samaradorligini sezilarli darajada kamaytiradi. Barg shoxli kompost kutinaza fermenti 65 ° C da parchalana boshlaydi, PET degradatsiyasi jarayonlari esa 72 ° C yoki undan yuqori haroratni talab qiladi, PET eriy boshlaydi. Eritilgan PET muhim jarayon omilidir, chunki eritma ferment ishlashi mumkin bo'lgan yuqori sirt maydonini taklif qiladi.
Tadqiqotchilar tabiiy ravishda hosil bo'lgan barg-novdali kompost kutinaza fermentini qayta ishlab chiqdilar va uning bog'lanish joylarida aminokislotalarni o'zgartirdilar. Bu mutant fermentga olib keldi, u PET bog'larini (mahalliy MChJ fermenti bilan solishtirganda) uzishda faollikni 10 000 baravar oshirdi va issiqlik barqarorligi sezilarli darajada yaxshilandi. Bu shuni anglatadiki, yangi mutant fermenti 72 ° C da, PET eriy boshlaydigan haroratda parchalanmaydi.
Ultrasonik dispersiya va sirt faollashuvi enzimatik ravishda boshqariladigan katalitik reaktsiyaga yordam beradi. Ultrasonik amplituda, vaqt, harorat va bosim kabi o'ziga xos sonikatsiya parametrlari uning katalitik faolligini oshirish uchun ferment turiga aniq sozlanishi mumkin. Ultrasonik ishlov berish parametrlari va ularning fermentlarga ta'siri o'ziga xos ferment turiga, uning aminokislota tarkibiga va konformatsion tuzilishga bog'liq. Shunday qilib, har bir ferment turi optimal jarayon sharoitlariga ega bo'lib, ularda optimal ferment faollashuviga erishiladi.
Ferment va substratning ultratovush dispersiyasi
Ultrasonik tarzda ishlab chiqarilgan kesish va mikro-turbulentlik dasturlarni tarqatishda ularning yuqori samaradorligi bilan mashhur. Ferment agregatlarining, shuningdek, substrat aglomeratlarining ultratovushli dispersiyasi fermentativ katalitik faollikni yaxshilaydi, chunki molekulyar agregatlar va aglomeratlarning parchalanishi reaktsiya uchun fermentlar va substrat o'rtasidagi faol sirt maydonini oshiradi.
Ultrasonik targ'ib qilingan kutinaza fermenti
Sonication PET gidroliz faolligi bo'yicha utinaz Thc_Cut1 fermentini faollashtirishda yaxshi natijalarni ko'rsatdi. PETning ultratovushli enzimatik degradatsiyasi tozalanmagan PETga nisbatan chiqarilgan degradatsiya mahsulotlarining 6,6 baravar oshishiga olib keldi. PET kukunlari va plyonkalardagi kristall ulushning (28%) oshishi gidroliz hosildorligini pasayishiga olib keldi, bu esa sirt mavjudligining pasayishi bilan bog'liq bo'lishi mumkin. (Qarang: Nikolaivits va boshq. 2018)
Stol usti sonikator UIP1500hdT PET ni qayta ishlash uchun depolimerizatsiya qilish uchun oqim hujayrasi bilan
Ultrasonik kuchaytirilgan fermentli PET depolimerizatsiyasi bo‘yicha tez-tez so‘raladigan savollar
Ultrasound PETning fermentli qayta ishlanishini qanday yaxshilaydi?
Ultrasound polietilen tereftalat (PET) ning fermentli gidrolizini reaktsiya davomida parchalanish mahsulotlarini sezilarli darajada ko‘paytirish orqali yaxshilaydi. Ultrasound energiyasi bilan qisqa faollashtirish bosqichini qo‘llash an’anaviy fermentli usullarga nisbatan monomer hosildorligini sezilarli darajada oshirishi mumkin.
PETning kristallanish darajasi ultrasound yordamidagi gidroliz samaradorligiga qanday ta’sir qiladi?
PET kristallinligi fermentativ gidrolizda salbiy rol o'ynaydi; past kristallilikka ega substratlar ancha tez yemiriladi. Masalan, 8% kristalllikka ega PET kukuni ultratovush faollashtirilganda 28% kristallilikka ega PETga nisbatan ancha tez gidrolizlangan.
PET substratining fizik shakli (kukun va plyonka) ultratovush samaradorligiga ta'sir qiladimi?
Ha, substratning fizik shakli natijalarga sezilarli ta'sir qiladi. Ultratovush faollashuvi PET kukunlarida plyonkalarga nisbatan taxminan uch baravar samaraliroq. Bu farq asosan kukunli substratlarda fermentatik hujum uchun uzluksiz plyonkalarga nisbatan kattaroq sirt maydoni bilan bog'liq.
Qaysi ferment odatda ultratovush yordamida PET parchalanishida ishlatiladi?
Termobifida cellulosilytica cutinase 1 (Thc_cut1) fermenti odatda ultratovush bilan faollashtirilgan PET gidroliz jarayonlarida qo'llaniladi. Bu biokatalizator qisqa ultratovush impuls bilan reaktsiya boshlanganda yaxshilangan faoliyat ko'rsatadi.
Sonikatsiya boshqa PET depolimerizatsiya yo'llarini rag'batlantiradimi?
Ha, kuchli ultratovush alkalin, kislotali yoki neytral gidrolizni; etilen glikol bilan glikolizni; metanolisizni; katalitik solvolizni; shuningdek, fermentativ PET gidrolizini qo'llab-quvvatlaydi.
Sonikatsiya PET ning alkalin gidrolizini qanday kuchaytirishini o'rganing!
Akustik kavitatsiya nima?
Past chastotali, yuqori intensiv ultratovush (taxminan 20 – 50kHz) jismoniy, mexanik va kimyoviy ta'sirlarni keltirib chiqaradigan akustik / ultratovushli kavitatsiyani keltirib chiqaradi. Akustik kavitatsiyaning ta'siri suyuqlikka qo'shilgan ultratovush to'lqinlarining bosimining o'zgarishi natijasida yuzaga keladigan daqiqali vakuum pufakchalarining shakllanishi, o'sishi va keyinchalik kuchli qulashi sifatida kuzatilishi mumkin. Kavitatsiya pufakchalarining portlashi paytida kichik bo'shliq va qisqa muddat bilan chegaralangan issiq nuqtalar paydo bo'ladi. Mahalliy ravishda paydo bo'ladigan issiq nuqtalar kamida 5000 K qizdirish, 1200 bargacha bo'lgan bosim va millisekundlarda yuzaga keladigan yuqori harorat va bosim farqlari bilan tavsiflanadi. Suyuqlikning tomchilari va zarralari 208 m/s gacha tezlikda suyuqlik oqimiga tezlashadi.
Fermentlarni ultratovush bilan davolash akustik kavitatsiya va uning gidrodinamik kesish kuchlariga asoslangan
Adabiyot / Adabiyotlar
- Alessandro Pellis, Caroline Gamerith, Gagik Ghazaryan, Andreas Ortner, Enrique Herrero Acero, Georg M. Guebitz (2016): Ultrasound-enhanced enzymatic hydrolysis of poly(ethylene terephthalate). Bioresource Technology, Volume 218, 2016. 1298-1302.
- Nutan Rajesh Paliwal, Arvind Kumar Mungray (2013): Ultrasound assisted alkaline hydrolysis of poly(ethylene terephthalate) in presence of phase transfer catalyst. Polymer Degradation and Stability, Volume 98, Issue 10, 2013. 2094-2101.
- V. Tournier, C. M. Topham, A. Gilles, B. David, C. Folgoas, E. Moya-Leclair, E. Kamionka, M.-L. Desrousseaux, H. Texier, S. Gavalda, M. Cot, E. Guémard, M. Dalibey, J. Nomme, G. Cioci, S. Barbe, M. Chateau, I. André, S. Duquesne, A. Marty (2020): An engineered PET depolymerase to break down and recycle plastic bottles. Nature 580(7802): 216-219.
- Bhogle, C. S.; and Pandit, A. B. (2018): Ultrasound-Assisted Alkaline Hydrolysis of Waste Poly(Ethylene Terephthalate) in Aqueous and Non-aqueous Media at Low Temperature. Indian Chemical Engineer, 60(2), 2018. 122–140.
- Meliza Lindsay Rojas; Júlia Hellmeister Trevilin; Pedro Esteves Duarte Augusto (2016): The ultrasound technology for modifying enzyme activity. Scientia Agropecuaria 7 /2, 2016. 145–150.