پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) یک منبع زباله بزرگ است که اکثراً از بطری‌های آب و نوشیدنی استفاده شده بدست می‌آید. تا اخیرا، بازیافت PET منجر به تولید پلاستیک‌های کیفیت پایین می‌شد. یک آنزیم جدید جهشی امیدوارکننده تجزیه PET به مواد خام بی‌عیب و نقصی را می‌دهد که می‌توان از آن برای تولید پلاستیک‌های با کیفیت بالاتر استفاده کرد. آنزیم‌های تحریک شده با اولتراسونیک بهبود چشمگیری را نشان می‌دهند، باعث افزایش کارایی آنزیمی در بازیافت پلاستیک می‌شوند و ظرفیت فرایند را افزایش می‌دهند.
بازیافت آنزیمی پلاستیک با التراسونیک
فرکانس پایین و شدت بالای اولتراسونیک به خاطر تأثیراتش بر روی واکنش‌های آنزیمی شناخته شده است. اولتراسونیک می‌تواند برای فعالسازی و غیرفعال‌سازی آنزیم‌ها استفاده شود. اولتراسونیک کنترل شده در شدت‌های پایین تا متوسط آنزیم‌ها را فعال می‌کند و انتقال جرم بین آنزیم‌ها و ماده مغذی را ترویج می‌دهد که منجر به فعالیت کاتالیتیک بیشتر آنزیم‌ها می‌شود. اولتراسونیک ویژگی‌های آنزیم را تغییر می‌دهد و فعالیت آنزیم را ترویج می‌دهد. پیش‌آماده‌سازی اولتراسونیک محیط، واکنش‌های آنزیمی را شتاب می‌دهد. اختلاط اولتراسونیکی انتقال جرم بین آنزیم‌ها و ماده بستر پلاستیک را ترویج می‌دهد، به طوری که آنزیم می‌تواند وارد مذاب پلی‌اتیلن ترفتالات بسیار بلورین شود و آن را تجزیه کند. به عنوان یک فناوری با کارآمدی انرژی و آسان برای استفاده، اولتراسونیک به بازیافت پلی‌اتیلن ترفتالات به صورت مقرون به صرفه و دوستدار محیط‌زیست کمک می‌کند.
دیسپرس التراسونیک آنزیم و بستر
امواج برشی و تربولانس‌های میکرونی تولید شده به وسیله فرا‌صوت به خوبی برای کاربردهای پخش(دیسپرس) شناخته شده‌اند. دیسپرس التراسونیک کلوخه‌های آنزیم و همچنین انباشته‌های ماده بستر باعث بهبود فعالیت کاتالیزوری آنزیمی می‌شود زیرا انباشته‌های مولکولی را شکسته سطح فعال بین آنزیم‌ها و ماده بستر واکنش افزایش می‌دهد.
ترویج آنزیم Cutinase به وسیله التراسونیک
سونیکیشن نتایج خوبی در فعالسازی آنزیم utinase Thc_Cut1 در مورد فعالیت هیدرولیز PET آن نشان داده است. تجزیه آنزیمی فراصوتیPET منجر به افزایش 6.6 برابری محصولات تجزیه منتشر شده نسبت به PET بدون فرآوری شد. افزایش درصد بلوری (28٪) در پودر و فیلم PET منجر به کاهش عملکرد هیدرولیز شده است، که ممکن است مربوط به کاهش دسترسی سطحی باشد. (مقایسه با Nikolaivits و همکاران، 2018)
تاثیر التراسونیک بر واکنش آنزیمی
- دستیابی به فعالیت آنزیمی
- شتابدهی به واکنش آنزیمی
- دسترسی به واکنش کامل‌تر
بازیافت آنزیمی پلاستیک
آنزیم هیدرولیز برگ-شاخه کومپوست کوتیناز (LLC) در طبیعت یافت می‌شود و پیوندهای بین دو بلوک سازنده پلی‌اتیلن ترفتالات (PET)، ترفتالات و اتیلن گلیکول را برش می‌دهد. با این حال، کارایی کلی آنزیم و حساسیت آن به گرما عوامل محدود کننده واکنش هستند که باعث کاهش کارآیی فرآیند به طرز قابل توجهی می‌شود. آنزیم کوتیناز برگ-شاخه کومپوست در دمای ۶۵ درجه سانتی‌گراد شروع به تجزیه شدن می‌کند، در حالی که فرآیندهای تجزیه PET نیازمند دماهای ۷۲ درجه سانتی‌گراد یا بیشتر هستند، دمایی که PET شروع به ذوب می‌کند. ذوب PET یک عامل فرآیند مهم است زیرا ذوب سطح بیشتری را ارائه می‌دهد که آنزیم می‌تواند در آن کار کند.
پژوهشگران آنزیم کوتیناز برگ-شاخه کومپوست طبیعی را با تغییر اسیدهای آمینه در سایت‌های متصل به آن بازطراحی کرده‌اند. این منجر به تولید یک آنزیم متحول شده می‌شود که فعالیت آن در بریدن ایستگاه‌های PET به 10،000 برابر (نسبت به آنزیم LLC طبیعی) افزایش می‌یابد و پایداری حرارتی به طرز قابل توجهی افزایش می‌یابد. این بدان معناست که آنزیم متحول جدید در دمای ۷۲ درجه سانتی‌گراد که PET شروع به ذوب می‌کند، تجزیه نمی‌شود. پخش و فعالسازی سطحی اولتراسونیک واکنش زنجیره‌ای آنزیم‌ها را ترویج می‌دهد. پارامترهای خاص اولتراسونیک مانند دامنه اولتراسونیک، زمان، دما و فشار می‌تواند به طور دقیق به نوع آنزیم تنظیم شود تا فعالیت کاتالیستی آن افزایش یابد. پارامترهای فرآیند اولتراسونیک و اثرات آنها بر آنزیم‌ها بستگی به نوع خاص آنزیم، ترکیب اسیدهای آمینه و ساختار انطباقی دارد. از این رو، هر نوع آنزیم شرایط فرآیند بهینه را دارد که در آن فعالیت آنزیم به مقدار بهینه برسد.
مزایای اعمال التراسونیک بر فرآیند بازیافت آنزیمی
- افزایش انتقال جرم
- افزایش ثابت نرخ
- افزایش بازده کاتالیستی
- کنترل دقیق
- تست بدون خطر
- مقیاس پذیری خطی
- بازدهی مالی
- کاربری آسان و ایمن
- تعمیر و نگه داری آسان
- بازگشت سرمایه سریع
- دوستدار محیط زیست
