Фермент расщепляет ПЭТ-пластик в рекордно короткие сроки

Пластиковые бутылки, корзинки, обертка — легкая упаковка из ПЭТ-пластика становится проблемой, если ее не переработать. Ученые из Лейпцигского университета открыли высокоэффективный фермент, который разлагает ПЭТ в рекордно короткие сроки. Фермент PHL7, который исследователи обнаружили в компостной куче в Лейпциге, может сделать биологическую переработку ПЭТ возможной намного быстрее, чем считалось ранее. Результаты были опубликованы в научном журнале ChemSusChem и выбраны в качестве темы для обложки.

Одним из способов использования ферментов в природе является разложение бактериями частей растений. Уже давно известно, что некоторые ферменты, так называемые гидролазы, расщепляющие полиэфиры, также могут разлагать ПЭТ. Например, фермент LCC, обнаруженный в Японии в 2012 году, считается особенно эффективным «пожирателем пластика». Команда во главе с доктором Кристианом Зоннендекером, исследователем из Лейпцигского университета, занимающимся поиском ранее неизвестных образцов этих биологических помощников, занимается поиском в рамках проектов MIPLACE и ENZYCLE, финансируемых ЕС. Они нашли то, что искали, на Зюдфридхофе, кладбище в Лейпциге: в образце из компостной кучи исследователи наткнулись на чертеж фермента, разлагающего ПЭТ с рекордной скоростью в лаборатории.

Исследователи из Института аналитической химии обнаружили и изучили семь различных ферментов. Седьмой кандидат, названный PHL7, добился в лаборатории результатов, которые были значительно выше среднего. В экспериментах исследователи добавляли ПЭТ в контейнеры с водным раствором , содержащим либо PHL7, либо LCC, предыдущего лидера по разложению ПЭТ. Затем они измерили количество пластика, разложившегося за определенный период времени, и сравнили полученные значения друг с другом.

Результат: в течение 16 часов PHL7 вызвал разложение ПЭТ на 90 процентов; в то же время LCC удалось снизить производительность всего на 45 процентов. «Таким образом, наш фермент в два раза активнее золотого стандарта гидролаз, расщепляющих полиэстер», — объясняет Зоннендекер. Например, PHL7 сломал пластиковую корзинку — такую, которая используется для продажи винограда в супермаркетах, — менее чем за 24 часа. Исследователи обнаружили, что за эту активность выше среднего отвечает один строительный блок фермента. В том месте, где другие ранее известные гидролазы, расщепляющие полиэфиры, содержат остаток фенилаланина, PHL7 несет лейцин.

Биологическая переработка ПЭТ имеет некоторые преимущества по сравнению с традиционными методами переработки, которые в основном основаны на термических процессах , при которых пластиковые отходы расплавляются при высоких температурах. Эти процессы очень энергоемки, и качество пластика снижается с каждым циклом переработки. Ферменты, с другой стороны, требуют для своей работы только водную среду и температуру от 65 до 70 градусов по Цельсию. Еще одним плюсом является тот факт, что они расщепляют ПЭТ на его компоненты терефталевую кислоту и этиленгликоль, которые затем можно повторно использовать для производства нового ПЭТ, что приводит к замкнутому циклу. Однако до сих пор биологическая переработка ПЭТ была испытана только на пилотном заводе во Франции.

«Фермент, обнаруженный в Лейпциге, может внести важный вклад в создание альтернативных энергосберегающих процессов переработки пластика», — говорит профессор Вольфганг Циммерманн, сыгравший ключевую роль в организации исследовательской деятельности в области технологий на основе ферментов в Лейпцигском университете. «Из-за огромных проблем, вызванных глобальным бременем пластиковых отходов на окружающую среду, становится все более важным найти экологически безопасные методы повторного использования пластика в устойчивой экономике замкнутого цикла. Биокатализатор, разработанный в настоящее время в Лейпциге, показал свою высокую эффективность. для быстрого разложения использованной пищевой ПЭТ-упаковки и подходит для использования в экологически безопасном процессе переработки, в котором из продуктов разложения может быть получен новый пластик .

Исследователи из Лейпцига надеются, что недавно открытый фермент PHL7 сможет продвинуть биологическую переработку на практике, и ищут промышленных партнеров для этой цели. Они убеждены, что более высокая скорость значительно снизит затраты на переработку. В течение следующих двух-трех лет они планируют создать прототип, который позволит более точно оценить экономические выгоды их быстрого процесса биологической переработки.

Ученые из группы профессора Йорга Матысика из Института аналитической химии также хотят выяснить структуру и функции ферментов с помощью ЯМР-спектроскопии. Они также работают над новым методом предварительной обработки, чтобы решить проблему биологической переработки: разложение ПЭТ с помощью ферментов до сих пор работало только для так называемого аморфного ПЭТ, который используется в таких вещах, как упаковка для фруктов, но не для пластиковых бутылок из ПЭТ. с более высокой кристалличностью.

Нина Фогт, Лейпцигский университет
https://phys.org/news/2022-05-enzyme-pet-plastic.html