一种聚对苯二甲酸乙二醇酯的改性方法及其在酶解过程中的应用技术

本发明专利技术涉一种聚对苯二甲酸乙二醇酯的改性方法及其在酶解过程中的应用，属于环境修复领域。本发明专利技术将聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚己内酯采用熔融共混法，获得改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜，使改性后的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜在结晶度、亲水角等方面呈现不同程度的改善，使膜表面更加疏松，空洞明显增多。将改性处理后的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜在65℃、150rpm恒温水浴摇床中加入ICCG酶反应96h，能够完全降解改性聚对苯二甲酸乙二醇酯。本发明专利技术提供的方法工艺步骤少、效率高，易实现工业化生产，在降解高结晶度聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料中具备极高的应用前景。高的应用前景。高的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种聚对苯二甲酸乙二醇酯的改性方法及其在酶解过程中的应用


[0001]本专利技术涉及一种聚对苯二甲酸乙二醇酯的改性方法及其在酶解过程中的应用，属于环境修复领域。

技术介绍

[0002]自塑料首次使用以来的半个世纪以来，地球的环境问题变得越来越严重。塑料由于分子聚合度高，排列紧密，具有良好的机械性能和稳定性，这些特性使塑料在几乎所有行业包括服装、食品、医药中都有良好的性能，但也给我们带来了很多降解的麻烦。塑料的使用，加上其难以降解，让世界充满了白色污染。全球产生的垃圾约有60％被送往垃圾填埋场或海洋，只有9％被回收利用。其中，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是塑料垃圾的主要来源，加之难以降解。这使得PET塑料垃圾在环境中持续积累，对生态构成了严重的威胁。
[0003]由于目前使用的化学法降解存在成本高、三废污染严重等问题，生物法逐渐成为塑料降解领域的研究热点。目前已报道的PET降解酶主要有角质酶，酯酶，脂肪酶三大类酶，一方面部分PET降解酶依赖于70℃以上的高温酶解环境，对于工业化应用来说成本相对较高。另一方面，上述PET降解酶能够降解经降结晶处理的低结晶度PET薄膜(FEBS Open Bio 2016,6(9):919
‑
927；Biochemistry 2018,57(7):1190
‑
1200)，对高结晶度PET几乎无显著作用。然而，市面上的PET塑料制品均为高结晶度的。高结晶度PET分子链非常致密致密，表面疏水性强，难以与酶分子结合，对酶解速率影响较大。故急需一种能够改变PET分子排列来降低结晶度，以提高结晶度的方法。
[0004]目前，熔融共混改性是改变聚合物分子排列的一种常用方式，在材料领域可以大大提高其性能。通过熔融共混，两种材料的分子可以相互纠缠，打破有序密集的排列，打开结晶区。目前用于熔体共混领域的材料有PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)、聚己内酯(PCL)等，聚己内酯(PCL)在生物相容性、有机聚合物相容性和生物降解性方面具有良好的性能，得到了广泛的应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)改性方法，所述方法为：将聚对苯二甲酸乙二醇酯和改性剂采用熔融共混法制备改性聚对苯二甲酸乙二醇酯；所述改性剂为聚己内酯(PCL)。
[0006]在一种实施方式中，所述改性反应体系中聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚己内酯(PCL)混合质量比为(1:9)～(9:1)。
[0007]在一种实施方式中，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚己内酯的质量比为(8:2)～(4:6)。
[0008]在一种实施方式中，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚己内酯的质量比为1:1。
[0009]在一种实施方式中，所述改性是将聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚己内酯在180～220
℃熔融共混反应10～20min。
[0010]在一种实施方式中，所述改性是将聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚己内酯在200℃熔融共混反应10min。
[0011]本专利技术还提供了一种降解聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)方法，所述方法包括：
[0012](a)将聚对苯二甲酸乙二醇酯改性处理；
[0013](b)将PET降解酶用于步骤(a)处理后的改性聚对苯二甲酸乙二醇酯，进行酶降解反应。
[0014]在一种实施方式中，所述反应体系中PET降解酶为叶枝堆肥角质酶突变体(Leaf
‑
branch compost cutinase，ICCG)、来源于Thermobifida fusca的角质酶(TfC)、大阪堺菌(Ideonella sakaiensis)来源的PET降解酶(PET hydrolase,PETase)。
[0015]在一种实施方式中，所述ICCG含有SEQ ID NO.1所示的氨基酸序列。
[0016]在一种实施方式中，所述TfC含有SEQ ID NO.3所示的氨基酸序列。
[0017]在一种实施方式中，所述PETase含有SEQ ID NO.5所示的氨基酸序列。
[0018]在一种实施方式中，所述反应体系中PET降解酶的添加量≥25mg/g底物。
[0019]在一种实施方式中，所述反应体系中PET降解酶的添加量≥50mg/g底物。
[0020]在一种实施方式中，所述反应体系中PET降解酶的添加量为50
‑
100mg/g底物。
[0021]在一种实施方式中，所述降解温度为55
‑
65℃、反应时间为72
‑
108h。
[0022]本专利技术还提供了降解PET的角质酶ICCG，含有SEQ ID NO.1所示的氨基酸序列。
[0023]本专利技术还提供了编码所述角质酶ICCG的基因，含有SEQ ID NO.2所示的核苷酸序列。
[0024]本专利技术还提供了携带所述基因，或表达所述酶的重组微生物细胞。
[0025]在一种实施方式中，所述重组微生物细胞为重组大肠杆菌，以pET
‑
20b(+)为载体，表达了SEQ ID NO.2所示的基因。
[0026]本专利技术还提供所述角质酶、编码所述角质酶的基因、所述重组微生物细胞，或所述方法在塑料降解领域的应用。
[0027]有益效果：
[0028](1)本专利技术所提供的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)改性方法，是采用简单的熔融共混，通过聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和改性剂聚己内酯(PCL)熔融共混来促使其混合程度达到分子水平的配对式混合，显著降低聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)结晶度，有利于提高PET的降解效率，通过熔融共混技术来改性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，为高效酶解提供了可能。
[0029](2)本专利技术提供的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)改性方法简单，工艺步骤少、效率高，在65℃、150rpm恒温水浴摇床中加入ICCG酶反应96h，能够完全降解改性聚对苯二甲酸乙二醇酯，该方法易实现工业化生产，在降解高结晶度聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料中具备极高的应用前景。
附图说明
[0030]图1：经聚己内酯改性聚对苯二甲酸乙二醇酯表面微观结构变化。
[0031]图2：不同PET降解酶对改性聚对苯二甲酸乙二醇酯的降解效果。
具体实施方式
[0032]下面结合具体实施例对本专利技术进行进一步的阐述。
[0033]下述实施例中涉及的对苯二甲酸乙二酯(BHET)、羟乙基对苯二甲酸酯(MHET)和对苯二甲酸(TPA)购自Sigma公司；高结晶度聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)来自于可口可乐瓶；
[0034]下述实施例中涉及的培养基如下：
[0035]LB固体培养基(g/L)：蛋白胨10、酵母粉5、氯化钠10、琼脂13，pH 7.0。
[0036]LB液体培养基(g/L)：蛋白胨10、酵母粉5、氯化钠10，pH 7.0。
[0037]下述实施例中涉及的检测方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚对苯二甲酸乙二醇酯的改性方法，其特征在于，将聚对苯二甲酸乙二醇酯和改性剂采用熔融共混法制备改性聚对苯二甲酸乙二醇酯；所述改性剂包括但不限于聚己内酯；所述改性是将聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚己内酯在180～220℃熔融共混反应10～20min。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述改性反应体系中聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚己内酯混合质量比为(1:9)～(9:1)。3.一种降解聚对苯二甲酸乙二醇酯方法，其特征在于，所述方法包括：(a)按照权利要求1或2所述的方法将聚对苯二甲酸乙二醇酯改性处理；(b)用PET降解酶对步骤(a)获得的改性聚对苯二甲酸乙二醇酯进行酶降解反应。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述PET降解酶包括但不限于ICCG、TfC或PETase...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴敬，颜正飞，金昶序，陈晓倩，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：