Synopsis
- La confrontation du défi mondial des déchets plastiques, en particulier en ce qui concerne les fibres d’animaux de compagnie mélangées difficiles à recycler, nécessitent des techniques de recyclage plus durables.
- Les chercheurs ont développé une nouvelle hydrolase TEP, PET2-21M, et ont initié une fabrication à grande échelle dans la levure. Cette enzyme a considérablement augmenté la répartition des animaux de compagnie de la bouteille pour animaux de compagnie pour animaux de compagnie.
- Parallèlement, son précurseur direct PET2-14M-6HOT a effectivement décomposé les fibres mélangées difficiles (PET / Cotton, PET / PU) à des températures modérées.
- Cette innovation présente une approche potentielle et économe en énergie pour une économie circulaire en plastique, accélérant le recyclage à l’échelle industrielle de divers déchets de polymère.
Une équipe de recherche dirigée par le professeur Akihiko Nakamura de l’Institut de recherche de sciences et de technologies vertes de l’Université Shizuoka, en collaboration avec les chercheurs Takashi Matsuzaki et Toshiyuki Saeki de Kirin Holdings Co., Ltd., le professeur Ryota Iino de l’Institut pour la recherche sur les sciences moléculaires, et le professeur NotHuyasu Koga de l’Institut pour les protéines, et le professeur NotHuyasu Koga de la Protein pour les protéines, et le professeur Not Nobuyasu Koga de la Protein pour les protéines, et le profession L’université, a réussi à concevoir une nouvelle enzyme hydrolase PET, PET2-21M, améliorant considérablement la biodégradation des plastiques de téréphtalate de polyéthylène de base (PET). Une activité significative a également été présentée aux mélanges textiles TEP / Cotton et PET / Polyuréthane (PU), à savoir la variation étroitement apparentée PET2-14M-6HOT. Ce progrès notable aborde la question mondiale urgente du recyclage des déchets pour animaux de compagnie en fournissant une alternative durable et efficace aux méthodes de recyclage traditionnelles.
PET est un polymère synthétique couramment utilisé, notable dans les bouteilles, les textiles et les matériaux d’emballage, représentant plus de 83% du marché des fibres synthétiques. Malgré sa recyclabilité inhérente, les techniques de recyclage mécanique conventionnelles entraînent parfois une baisse de la qualité des matériaux et démontrent une efficacité restreinte pour les matériaux composites complexes comme la TEP / le coton et le TEP / PU. Le recyclage chimique, bien que capable de donner des matériaux de haute pureté, nécessite généralement des conditions graves et des produits chimiques néfastes pour l’environnement, contraignant ainsi sa durabilité pratique.
Le recyclage enzymatique est devenu une option convaincante en raison de sa capacité de dépolymérise TEP dans ses composants monomères d’origine dans des conditions aqueuses plus douces. Les chercheurs ont mis en œuvre une technique d’ingénierie complète pour améliorer l’efficacité dégradant les animaux de compagnie de l’enzyme PET2. Ils ont méthodiquement utilisé la mutagenèse aléatoire et ciblée, intégrant sept mutations avantageuses nouvellement découvertes avec la variante fabriquée par PET2-7M précédemment documentée, aboutissant à l’enzyme PET2-14M très efficace. Les modifications de surface supplémentaires qui ont apporté des charges positives pour améliorer la liaison du substrat, ainsi que des modifications délibérées dans la fente de liaison au substrat inspirée de l’enzyme hotpetase en tant que modèle structurel, a entraîné le développement de PET2-14M-6HOT. Le formulaire final développé PET2-21M a été produit par optimisation supplémentaire. De plus, des sorties substantielles de PET2-14M-6HOT et PET2-21M ont été accomplies chez l’hôte de levure, Komagataella Phaffii. De manière significative, PET2-14M-6HOT a atteint des rendements allant jusqu’à 691 mg l⁻¹ après 137 heures d’incubation, présentant une grande efficacité d’expression dépourvue de variabilité induite par la glycosylation.
Le PET2-21M a présenté une activité catalytique nettement améliorée par rapport à l’enzyme de type sauvage PET2, avec des expériences préliminaires à petite échelle indiquant un produit total de produit environ 28,6 fois plus élevé. Les expériences de mise à l’échelle ultérieures dans des réacteurs de 300 ml ont en outre corroboré ces améliorations; Plus précisément, PET2-21M a dépolymérisé environ 95% de la poudre de compagnie de bouteille commerciale (20 g l⁻¹) dans les 24 heures à 60 ° C, tandis que l’enzyme de référence LCC-ICCG a nécessité sa température optimale de 72 ° C pour atteindre une conversion similaire de 91%.
L’avantage de PET2-21M était particulièrement apparent dans des circonstances de chargement enzymatique diminuées. Lorsque la concentration enzymatique a été réduite à 2,5 mg de L⁻¹, PET2-21M a subi une efficacité de dégradation d’environ 50%, près du double des performances de LCC-ICCG, qui n’a atteint que 26% de conversion dans les mêmes conditions. Cela souligne la capacité significative de PET2-21M à réduire les demandes catalytiques et les dépenses connexes.
De manière significative, PET2-21M a maintenu son bord concurrentiel dans des conditions de chargement élevé de substrat (40 g l⁻¹). À une concentration enzymatique de 10 mg L⁻¹, PET2-21M a atteint une conversion de 79% à 60 ° C, en concurrence étroitement avec la conversion de 95% de LCC-ICCG à sa température optimale élevée de 72 ° C. De plus, lorsque le dosage de l’enzyme a été diminué à 5 mg de L⁻¹, PET2-21M a continué de dépasser le LCC-ICCG, atteignant une conversion de 44% contrairement aux 29% de LCC-ICCG. La forte performance à des températures modérées et des ratios enzymatiques / sous-substrat inférieurs établissent PET2-21M comme une option très viable pour le recyclage des animaux de compagnie industriel, ce qui facilite potentiellement des réductions significatives de la consommation d’énergie et des coûts de catalyseur.
La capacité de recyclage des hydrolases PET conçus pour les déchets textiles a été évaluée en comparant PET2-14M-6HOT avec l’enzyme de référence LCC-ICCG sur les fibres d’animaux de compagnie pures et les mélanges textiles. À 60 ° C, PET2-14M-6HOT a produit 75,7 mm de produits de dégradation totale à partir de fibres de TEP pures dans les 24 heures, indiquant une amélioration de 1,4 fois par rapport au LCC-ICCG évalué à sa température idéale de 70 ° C. De même, PET2-14M-6HOT a démontré des performances catalytiques supérieures sur des mélanges TEP / coton (65/35% en poids), ce qui donne 62,8 mm de produits par rapport à 46,7 mm par LCC-ICCG, avec une interférence négligeable des fibres de coton.
Dans les mélanges textiles PET / PU difficiles (85/15% en poids), les deux enzymes ont démontré une activité diminuée au-delà de la température de transition vitreuse (Tg = 55 ° C) de PU. À une température de réaction réduite de 50 ° C, PET2-14M-6HOT a présenté une activité catalytique significative, produisant 19,2 mm de produits de dégradation – plus de 8,2 mm obtenus par LCC-ICCG dans les mêmes conditions. Cela met en évidence la capacité exceptionnelle de PET2-14M-6HOT à traiter les textiles mixtes complexes qui ont historiquement défié la dégradation enzymatique.
Les résultats valident le potentiel substantiel de la famille des enzymes PET2 modifiée pour le recyclage enzymatique à l’échelle industrielle. Leur capacité à décomposer efficacement divers flux de déchets pour animaux de compagnie, y compris des mélanges textiles complexes à des températures modérées, améliore considérablement les avantages de l’utilisabilité et de la durabilité dans les méthodes de recyclage des animaux de compagnie.
Ces résultats signifient une progression significative vers la réalisation d’une industrie des plastiques circulaires plus durables et économiquement réalisables. Les enzymes PET2 modifiées présentent une capacité exceptionnelle à dépolymérer des mélanges de fibres TEP et complexes à des températures modérées, présentant un potentiel considérable pour les processus de recyclage industriel pratiques, en particulier dans la gestion des déchets textiles mélangés difficiles. Les efforts de recherche future visent à améliorer l’efficacité des enzymes à des températures de réaction réduites et à l’intérieur des matériaux mélangés, favorisant ainsi une utilisation industrielle plus large et diminuant l’impact environnemental des initiatives mondiales de recyclage du plastique.
