Mechanochemische Amorphisierung von α-Chitin und Umwandlung in Oligomere von N-Acetyl-d-glucosamin

Die mechanochemische Behandlung bietet großes Potenzial für die umweltfreundliche Verarbeitung von Chitin im Kontext der Biomasseverwertung. Mithilfe der Pulverdiffraktionsröntgenanalyse zeigen wir, dass die Kristallinität kontrolliert um 50% in 2 Stunden mit einer Kugelmühle verringert werden kann. Wir korrelieren diese Kristallinitätsreduktion mit einer Abnahme der intermolekularen Wasserstoffbrückenbindungen, wobei wir die Infrarotspektroskopie als strukturelle Untersuchungsmethode nutzen. Darüber hinaus zeigt unsere quantitative Interpretation der Spektren einen Rückgang des glycosidischen Verknüpfungsgehalts und die Beibehaltung der N-Acetylgruppen. Die Zugabe eines natürlichen Tons, Kaolinit, in die Kugelmühle führt zu einem signifikanten Anstieg der Löslichkeit der gemahlenen Materialien (bis zu 75,8% wasserlösliche Produkte in 6 Stunden, im Vergleich zu 35,0% ohne Kaolinit). Die Produkte dieses Prozesses wurden als Oligomere von N-Acetyl-d-glucosamin (Chitin-Oligomere) mit Grad der Polymerisation (DP) zwischen 1 und 5 charakterisiert, unter Verwendung einer neuen quantitativen Matrix-unterstützten Laserdesorptions-Ionisations-(MALDI-ToF)-Massenspektrometrie-Methode. Diese Daten wurden durch einen kolorimetrischen Assay der reduzierenden Enden und Größenexklusionschromatographie (SEC) ergänzt. N-Acetyl-d-glucosamin (das Monomer) und N,N'-diacetylchitobiose (das Dimer) wurden innerhalb von 6 Stunden mit Ausbeuten von 5,1 bzw. 3,9 Gew.% gewonnen, was mit den Ausbeuten von Glukose und Cellobiose aus der Cellulose-Kugelmühlung vergleichbar ist.