Moist-Solid Biocatalysis Enables Processive Depolymerization of Crystalline PET

解聚 化学 生物催化 结晶度 过程性 聚对苯二甲酸乙二醇酯 无定形固体 角质酶 产量(工程) 聚合物 催化作用 高分子 化学工程 纳米技术 有机化学 聚乙烯 劈理(地质) 环庚烯 酶催化
作者
Jane Arciszewski,Ali Zaker,Yuqin Xia,Hossein Baniasadi,Chunling B. Lan,Karine Auclair
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (19): 20215-20229
标识
DOI:10.1021/jacs.6c05858
摘要

Enzymatic depolymerization of polyethylene terephthalate (PET) is typically limited to the amorphous regions of the plastic, therefore requiring energy-intensive pretreatment. Here, using the commercial cutinase HiC, we demonstrate that mechanoenzymatic reactions under moist-solid conditions enable nearly complete depolymerization of highly crystalline PET (42.5% crystallinity) without prior amorphization. The reaction proceeded at the same rate and to the same yield for both high crystallinity and amorphous PET. Remarkably, we show that the limited water availability in moist solids shifts the enzyme equilibrium toward the polymer-bound state, promoting processive cleavage along individual PET chains. Time-course analysis of the reaction products is consistent with processive action (chain end scission). Remarkably, this processivity emerges in an enzyme not previously known to act processively, highlighting the unique catalytic environment created by moist solids. This approach operates at high solids loading (≥40 wt %) and avoids harsh chemicals and conditions, offering an environmentally and economically attractive strategy for PET recycling. The feasibility of scaling up moist-solid depolymerization using industrially relevant equipment is also demonstrated. These findings establish moist-solid biocatalysis as a powerful platform for efficient, scalable, and selective polymer depolymerization.
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