PET的降解方法技术

本发明专利技术涉及一种PET的降解方法，该方法包括用角质酶对PET进行降解反应；其中，所述角质酶的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示，或编码所述角质酶的核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示。本发明专利技术的酶降解方法在高温下降解PET的效率高。发明专利技术的酶降解方法在高温下降解PET的效率高。

【技术实现步骤摘要】
PET的降解方法


[0001]本专利技术涉及塑料降解领域，特别是涉及一种PET的降解方法。

技术介绍

[0002]根据近期WWF(世界自然基金会)发布的报告显示2016年每个人产出的塑料垃圾总量约等于93个篮球的重量；如果塑料这个产业发展态势持续不变，到2030年，海洋中的塑料污染将翻一番，将达到3亿多吨。目前已经在超过240种物种体内发现塑料颗粒，如果不加重视，必然会危及人类自身的生存。
[0003]聚酯是由多元醇和多元酸缩聚而得的聚合物总称，一般为线型热塑性树脂。PET(聚对苯二甲酸乙二酯)占聚酯产量的90％以上，全球每年生产约7000万吨用于纺织和包装。但消费后的PET中只有14％得以回收循环利用，有14％用于焚烧发电，32％作为垃圾埋在地下，40％未能收集到而分散在环境中。传统PET的回收方法一般为物理化学法，如高温重塑，醇解氨解等，存在成本高的问题。同时，由于PET诞生才70多年，加之PET高度稳定的分子结构，自然界尚未进化出能够高效降解PET的微生物。这使得寻找一种可以高效降解PET的方法具有十分重要的意义。
[0004]2016年日本科学家从垃圾场里已经发生自然侵蚀的PET上分离并鉴定了一种对PET有一定降解能力的细菌(Ideonella sakaiensis)，并且重组表达了该菌降解PET的关键水解酶，将其命名为PETase，这是首个以PETase命名的PET水解酶(之前的研究一般是用酯酶、脂肪酶、角质酶等水解酶来降解PET)。该研究成果在SCIENCE上发表以后引起了很多争议，因为该酶只能够水解非结晶PET，而难以水解商用结晶PET瓶(结晶度30～40％)。
[0005]水解PET往往需要在60℃以上的高温下进行反应，因此在PET的酶降解中，对PET水解酶的温度耐受性要求特别高。在2020年ACS Sustainable Chemistry&Engineering的一篇综述中，以酶对PET降解效率为区分标准，将有PET水解能力的酶分为PET表面修饰酶(仅能水解PET表面的末端酯键)和PETase(对PET膜整体发生明显侵蚀)。并且认为PETase应具有两个主要特点：(1)温度耐受性大于65℃(最好大于70℃)；(2)催化口袋能够容纳至少一个PET单体(如MHET)。依照此标准，能够实现高效降解PET的酶十分稀有。因此，仍有待进一步探索更多的PET的高效酶降解方法。
[0006]目前，限制PET酶法水解的关键因素主要有以下三个：1.反应温度：PET作为一种典型的高聚物，其在空气中的玻璃化转变温度(T
g
)为70～75℃左右，在水溶液中PET的T
g
值会有所降低，为60
‑
65℃(因为水分子进入聚合物链间，会削弱分子间氢键)。聚合物链在高于玻璃化转变温度(T
g
)的温度下会转变为高弹态，聚合物链的移动性增加，从而增加酶对分子内酯键的可及性。因此，更高的反应温度将显著增加PET的降解速度。2.PET本身的结晶度：大多数商用PET(瓶和纺织品)具有30
‑
40％的高结晶度。用于包装的APET膜(Amorphous Polyethylene Terephthalate)结晶度约为8％。市售低结晶度PET(PET
‑
GF)的结晶度约为6～7％。结晶度的增加限制了聚合物链的移动，降低了酶攻击聚合物链的可能性。3.PET复杂的表面拓扑结构：PET瓶和纺织品在加工的过程中，必须要经历拉伸的过程以有序地定向聚
合物链，形成需要的形状，导致额外的拉伸诱导结晶。因此，PET材料的表面拓扑结构与加工过程有关，PET瓶的不同部位，其聚合物链的取向也各不相同。由于以上因素的限制，目前还没有发现任何一种PET水解酶可直接用于商用PET瓶、纺织品和双向拉伸薄膜等结晶PET的降解。

技术实现思路

[0007]基于此，本专利技术的目的是提供一种PET的酶降解方法，该降解方法实现了对PET的高效降解。
[0008]具体技术方案如下：
[0009]本专利技术提供了一种PET的降解方法，包括用角质酶(即HRC酶)对PET进行降解反应；
[0010]其中，所述角质酶的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示，或编码所述角质酶的核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示。
[0011]在其中一些实施例中，所述PET为结晶PET。
[0012]在其中一些实施例中，所述结晶PET的结晶度大于5％，进一步地，所述结晶PET的结晶度大于10％或大于20％；进一步地，所述结晶PET的结晶度为20～50％，进一步地，所述结晶PET的结晶度为30～40％。
[0013]在其中一些实施例中，所述降解反应的反应温度为50～100℃，进一步优选为65～85℃，进一步优选为70～85℃，进一步优选为70～80℃。
[0014]在其中一些实施例中，所述降解反应的pH为6～10，进一步优选为8～10。
[0015]在其中一些实施例中，所述降解反应的温度为75
±
3℃，所述降解反应的pH为pH 9
±
0.5。
[0016]在其中一些实施例中，所述降解方法包括以下步骤：将PET、角质酶和溶剂混合，进行降解反应。
[0017]在其中一些实施例中，所述角质酶在反应体系中的浓度为0.005～0.5mg/mL。
[0018]在其中一些实施例中，所述角质酶在反应体系中的浓度为0.01～0.1mg/mL，进一步地，所述角质酶在反应体系中的浓度为0.01～0.05mg/mL。
[0019]在其中一些实施例中，所述PET与角质酶的质量比为10～2000：1。
[0020]在其中一些实施例中，所述溶剂为缓冲液，或者为缓冲液和DMSO的混合液。
[0021]在其中一些实施例中，所述缓冲液和DMSO的体积比为5～12:1，进一步为5～9:1。
[0022]在其中一些实施例中，所述缓冲液为甘氨酸
‑
氢氧化钠缓冲液；进一步地，所述缓冲液为含氯化钠的甘氨酸
‑
氢氧化钠缓冲液；进一步地，所述含氯化钠的甘氨酸
‑
氢氧化钠缓冲液中氯化钠的浓度为200～400mM。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0024]本专利技术的专利技术人在研究中首次发现，角质酶HRC的T
m
值为95.6℃，高于其他已知的角质酶，具有非常好的高温耐受性。特别是，角质酶HRC可以水解结晶PET，这也是目前已知的唯一一个可直接水解商用结晶PET的聚酯水解酶。本专利技术方法中选择角质酶HRC对结晶PET进行降解，结合合适的反应体系，最终实现了非常好的降解效果。
附图说明
[0025]图1为SDS
‑
PAGE电泳对纯化的重组蛋白进行纯度鉴定的电泳图；
[0026]图2为HRC在不同温度下的相对活力；
[0027]图3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PET的降解方法，其特征在于，包括用角质酶对PET进行降解反应；其中，所述角质酶的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示，或编码所述角质酶的核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示。2.根据权利要求1所述的降解方法，其特征在于，所述PET为结晶PET。3.根据权利要求2所述的降解方法，其特征在于，所述结晶PET的结晶度大于5％，进一步地，所述结晶PET的结晶度为20～50％。4.根据权利要求1所述的降解方法，其特征在于，所述降解反应的反应温度为65～85℃，优选为70～80℃；和/或，所述降解反应的pH为6～10，优选为8～10。5.根据权利要求4所述的降解方法，其特征在于，所述降解反应的温度为75
±
3℃，所述降解反应的pH为9
±
0.5。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永华，王建博，庞亚星，蓝东明，王佳，王卫飞，李力浪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：