Jährlich werden von deutschen Krabbenkuttern mehr als 10.000 t Krabben („Granat"; Nordseegarnele Crangon crangon) aus der Nordsee gefangen. Nach dem Pulen bleiben davon etwa 7.000 t Schalen als Abfall zurück. Zurzeit werden die Krabben allerdings nach Polen oder Marokko transportiert, dort geschält und zum Verkauf wieder nach Deutschland gebracht.

Aus diesen Schalen, die ca. 60% Wasser enthalten, lassen sich 420 t Chitin (6% Ausbeute) bzw. 250 t Chitosan (2,5% Ausbeute) gewinnen. Der Rohstoff Chitin ist also ein Abfallprodukt der Fischerei-Industrie; die Krabben werden nicht gefangen, um daraus Chin oder Chitosan herzustellen. Man kann Chitin auch als „nachwachsenden Rohstoff aus dem Meer" bezeichnen.

Was ist Chitin/Chitosan?

Chitin ist mit der Cellulose verwandt. Beide sind ß-1,4-verknüpfte gluco-konfigurierte Homo-polymere. Das Chitin enthält eine Acetamido-Gruppe anstelle der Hydroxy-Gruppe bei der Cellulose.

Chitosan unterscheidet sich vom Chitin durch das Vorhandensein freier Aminogruppen. Die Umwandlung des chemisch nahezu inerten Chitin zum löslichen Chitosan erfolgt durch die Deacetylierung der Acetamido-Gruppe. Vollständig deacetyliertes Chitosan besitzt keine N-Acetylgruppen (Abb.: 3):

Natürliches Chitin hat eine mittlere Molmasse von 1 - 2 x 10⁶ Dalton und damit Kettenlängen von 6.000 - 12.000 Monosaccharid-Einheiten.

Das Chitosan hat eine geringere mittlere Molmasse, da bei der Umwandlung auch teilweise eine Spaltung der Ketten erfolgt.
Chitin ist ein Hauptbestandteil des Exo-Skeletts der Gliederfüßer (Arthropoda), das heißt der Spinnenartigen (Chelicerata), Insekten (Insectacea) und Krebstiere (Crustacea). Es kommt aber auch in Pilzen vor und bei einigen Arten der Wirbellosen (Tab. 1).

Chitosan ist nach Cellulose das zweithäufigste Polysaccharid; das absolute Vorkommen beträgt nur 1/100 des Cellulose-Vorkommens, die jährliche Regenerations-Rate von Chitin ist jedoch größer als die von Cellulose (Tab. 2).

Zur Gewinnung von Chitin werden fast ausschließlich Abfälle der Fischerei-Industrie verwendet. Diese entstehen, wenn an der Nordsee-Küste der Fang der Krabbenkutter „gepult" wird, d.h die Krabben werden geschält und die Schalen (das Exo-Skelett) kann zu Chitin und Chitosan umgesetzt werden.

In anderen Ländern werden Shrimps, Garnelen und anderer Krebstiere in Fischfarmen gezüchtet.

Die Tiere werden vor Ort weiterverarbeitet und auch die anfallenden Schalen werden zu Chitin und Chitosan umgesetzt. Tiere und Schalen aus Fischfarmen können jedoch zum Teil wegen der Massenproduktion belastet sein. Nach der Weiterverarbeitung zu Chitosan sollten diese Belastungen jedoch mit verschwunden sein. Chitin wird aus den Abfällen gewonnen, indem zuerst die anhaftenden Fleischreste mittels verdünnter Natronlauge entfernt werden (Deproteinierung) und anschließend mittels verdünnter Salzsäure der Kalk entfernt wird (Demineralisierung), der dem Exoskelett die Stabilität (Härte) verliehen hat.

Dieses Chitin wird nun mit konzentrierter Natronlauge bei erhöhter Temperatur zu Chitosan umgesetzt (Abb.: 4).

Besonderheiten von Chitin/Chitosan und seine Anwendungen

Chitin (> 50% der Monomer-Einheiten mit N-Acetyl-Gruppe) ist sehr schwer löslich. Es ist chemisch und mechanisch sehr widerstandsfähig und weist eine geringe Quellfähigkeit auf, sowohl in Wasser als auch im schwach sauren oder alkalischen Bereich. Chitosan (< 50% der Monomer-Einheiten mit N-Acetyl-Gruppe) besitzt ein freies Elektronenpaar am N (der Amino-Gruppen). Daher komplexiert es Metalle im neutralen Medium, die im sauren Bereich wieder desorbiert werden können. Chitosan weist eine starke Quellfähigkeit auf und ist leicht löslich in organischen Säuren. Durch Protonierung der Amino-Gruppen bildet sich ein Polykation. Dieses reagiert gut mit (Poly-)Anionen wie Haaren, Haut und Fetten. Ein Einsatz in der Kosmetik bietet sich somit an. Aber auch Flockulierungs-Reaktionen (Ausfällung von Trübungen in Kläranlagen oder bei Fruchsäften) können mit dem Polykationen-Charakter von Chitosan in verdünnten organischen Säuren erklärt werden.

Die Aminogruppen sind reaktiv, Chitosan kann leicht chemisch modifiziert werden. So können verschiedene chemische Eigenschaften und besonders die Löslichkeit variiert werden. Als natürliches Polymer ist Chitosan biokompatibel und biologisch abbaubar. Es hat eine geringe Toxizität und ist kaum allergen. Chitosan wirkt haemostatisch (Blut stillend), bakteriostatisch und fungistatisch. Weiter wird von anticancerogenen, lipidsenkenden und wundheilenden Effekten berichtet.

Aus diesen Eigenschaften lässt sich eine Vielzahl von Anwendungs-Möglichkeiten ableiten (Tab. 3).

Arbeiten des Eutec im Bereich Chitin/Chitosan