環(huán)糊精
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環(huán)糊精(Cyclodextrin，簡稱CD)是直鏈淀粉在由芽孢桿菌產(chǎn)生的環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶作用下生成的一系列環(huán)狀低聚糖的總稱，通常含有6~12個D-吡喃葡萄糖單元。其中研究得較多并且具有重要實際意義的是含有6、7、8個葡萄糖單元的分子，分別稱為alpha -、beta -和gama -環(huán)糊精(圖1)。根據(jù)X-線晶體衍射、紅外光譜和核磁共振波譜分析的結(jié)果，確定構(gòu)成環(huán)糊精分子的每個D(+)- 吡喃葡萄糖都是椅式構(gòu)象。各葡萄糖單元均以1，4-糖苷鍵結(jié)合成環(huán)。由于連接葡萄糖單元的糖苷鍵不能自由旋轉(zhuǎn)，環(huán)糊精不是圓筒狀分子而是略呈錐形的圓環(huán)。其中，環(huán)糊精的伯羥基圍成了錐形的小口，而其仲羥基圍成了
錐形的大口。
由于環(huán)糊精的外緣(Rim)親水而內(nèi)腔(Cavity)疏水，因而它能夠象酶一樣提供一個疏水的結(jié)合部位，作為主體(Host)包絡(luò)各種適當(dāng)?shù)目腕w(Guest)，如有機分子、無機離子以及氣體分子等。其內(nèi)腔疏水而外部親水的特性使其可依據(jù)范德華力、疏水相互作用力、主客體分子間的匹配作用等與許多有機和無機分子形成包合物及分子組裝體系，成為化學(xué)和化工研究者感興趣的研究對象。這種選擇性的包絡(luò)作用即通常所說的分子識別，其結(jié)果是形成主客體包絡(luò)物(Host-Guest Complex)。環(huán)糊精是迄今所發(fā)現(xiàn)的類似于酶的理想宿主分子，并且其本身就有酶模型的特性。因此，在催化、分離、食品以及藥物等領(lǐng)域中，環(huán)糊精受到了極大的重視和廣泛應(yīng)用。由于環(huán)糊精在水中的溶解度和包結(jié)能力，改變環(huán)糊精的理化特性已成為化學(xué)修飾環(huán)糊精的重要目的之一。
環(huán)糊精(化學(xué)式: C14H8O2)，是一種安特拉歸農(nóng)類化學(xué)物。環(huán)糊精的復(fù)合物存在于天然，也可以人工合成。工業(yè)上，不少染料都是以環(huán)糊精作基體；而不少有醫(yī)療功效的藥用植物，如蘆薈，都含有環(huán)糊精復(fù)合物。例如蘆薈的凝膠當(dāng)中的環(huán)糊精復(fù)合物，有消炎、消腫、止痛、止癢及抑制細菌生長的效用，可作天然的治傷藥用。此外，利用環(huán)糊精的環(huán)糊精法是生產(chǎn)雙氧水的最佳方法。
結(jié)構(gòu)：多個分子以α-1，4-糖苷鍵首尾相連而成。在空間呈螺旋狀結(jié)構(gòu)。
α、β、γ-環(huán)糊精分別是6，7，8個D（+）—吡喃型葡萄糖組成的環(huán)狀低聚物，其分子呈上寬下窄、兩端開口、中空的筒狀物，腔內(nèi)部呈相對疏水性，而所有羥基則在分子外部?！ ?/p>
環(huán)糊精的改性和應(yīng)用研究進展
環(huán)糊精的基礎(chǔ)研究早在30年代開始，并證實了環(huán)糊精能形成包埋復(fù)合物，但直到二十世紀五十年代環(huán)糊精包埋復(fù)合物的研究才趨于成熟，并且發(fā)現(xiàn)環(huán)糊精在一些反應(yīng)中具有催化作用。1950年以來，對環(huán)糊精生成酶、制取方法、環(huán)糊精的物理化學(xué)性質(zhì)和研究逐漸增多，提出了許多新見解。特別是F. Cramer 首先闡明了環(huán)糊精能穩(wěn)定色素，繼而又發(fā)現(xiàn)能形成包絡(luò)物，從而在食品、醫(yī)藥、化妝品、香精等方面的應(yīng)用不斷擴大，其相關(guān)領(lǐng)域研究工作也隨之活躍起來。1960 年日本首次進行了環(huán)糊精的中試生產(chǎn)，此后三十年內(nèi)環(huán)糊精才真正進入了工業(yè)化生產(chǎn)階段。目前，日本在環(huán)糊精生產(chǎn)與應(yīng)用方面居世界領(lǐng)先水平，是環(huán)糊精的最大出口國，我國也是其進口國之一。近年來，由于環(huán)糊精的酶被逐漸發(fā)現(xiàn)以及工業(yè)技術(shù)、工藝的不斷完善和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，已成為緊俏的化工產(chǎn)品。
1 環(huán)糊精的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
環(huán)糊精分子具有略呈錐形的中空圓筒立體環(huán)狀結(jié)構(gòu)，在其空洞結(jié)構(gòu)中，外側(cè)上端（較大開口端）由C2和C3的仲羥基構(gòu)成，下端（較小開口端）由C6的伯羥基構(gòu)成，具有親水性，而空腔內(nèi)由于受到C-H鍵的屏蔽作用形成了疏水區(qū)。它既無還原端也無非還原端，沒有還原性；在堿性介質(zhì)中很穩(wěn)定，但強酸可以使之裂解；只能被α- 淀粉酶水解而不能被β- 淀粉酶水解，對酸及一般淀粉酶的耐受性比直鏈淀粉強；在水溶液及醇水溶液中，能很好地結(jié)晶；無一定熔點，加熱到約200℃開始分解，有較好的熱穩(wěn)定性；無吸濕性，但容易形成各種穩(wěn)定的水合物；它的疏水性空洞內(nèi)可嵌入各種有機化合物，形成包接復(fù)合物，并改變被包絡(luò)物的物理和化學(xué)性質(zhì)；可以在環(huán)糊精分子上交鏈許多官能團或?qū)h(huán)糊精交鏈于聚合物上，進行化學(xué)改性或者以環(huán)糊精為單體進行聚合。
2 環(huán)糊精的改性
由于α-CD分子空洞孔隙較小，通常只能包接較小分子的客體物質(zhì)，應(yīng)用范圍較??；γ-CD的分子洞大，但其生產(chǎn)成本高，工業(yè)上不能大量生產(chǎn)，其應(yīng)用受到限制；β-CD的分子洞適中，應(yīng)用范圍廣，生產(chǎn)成本低，是目前工業(yè)上使用最多的環(huán)糊精產(chǎn)品。但β-CD的疏水區(qū)域及催化活性有限，使其在應(yīng)用上受到一定限制。為了克服環(huán)糊精本身存在的缺點，研究人員嘗試對環(huán)糊精母體用不同方法進行改性，以改變環(huán)糊精性質(zhì)并擴大其應(yīng)用范圍。目前國內(nèi)外改性環(huán)糊精研究已有長足進展，取得了很多成果。
所謂改性就是指在保持環(huán)糊精大環(huán)基本骨架不變情況下引人修飾基團，得到具有不同性質(zhì)或功能的產(chǎn)物，因此也被稱為修飾，改性后的環(huán)糊精也叫環(huán)糊精衍生物。
環(huán)糊精進行改性的方法有化學(xué)法和酶工程法兩種，其中化學(xué)法是主要的?；瘜W(xué)改性是利用環(huán)糊精分子洞外表面的醇羥基進行醚化、酯化、氧化、交聯(lián)等化學(xué)反應(yīng)，能使環(huán)糊精的分子洞外表面有新的功能團。反應(yīng)程度用取代度即平均每個葡萄糖單位中羥基被取代的數(shù)量表示。酶工程法是利用環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶（CGTase）或普魯藍酶等將單糖或低聚糖結(jié)合到環(huán)糊精上，制成支鏈環(huán)糊精(歧化環(huán)糊精) 的方法。
在環(huán)糊精發(fā)現(xiàn)不久，人們就對環(huán)糊精衍生物進行了研究，合成了許多含有各種功能基的衍生物，包括環(huán)糊精醚衍生物，環(huán)糊精酯衍生物，橋聯(lián)環(huán)糊精，環(huán)糊精交聯(lián)聚合物，與高分子相連環(huán)糊精，嵌入功能基團改性環(huán)糊精等。
3 環(huán)糊精的應(yīng)用研究
3.1 環(huán)糊精在食品工業(yè)上的應(yīng)用
利用環(huán)糊精的疏水空腔生成包絡(luò)物的能力，可使食品工業(yè)上許多活性成分與環(huán)糊精生成復(fù)合物，來達到穩(wěn)定被包絡(luò)物物化性質(zhì)，減少氧化、鈍化光敏性及熱敏性，降低揮發(fā)性的目的，因此環(huán)糊精可以用來保護芳香物質(zhì)和保持色素穩(wěn)定。環(huán)糊精還可以脫除異味、去除有害成分，如去除蛋黃，稀奶油等食品中的大部分膽固醇；它可以改善食品工藝和品質(zhì)，如在茶葉飲料的加工中，使用β-環(huán)糊精轉(zhuǎn)溶法既能有效抑制茶湯低溫渾濁物的形成，又不會破壞茶多酚、氨基酸等賦型物質(zhì)，對茶湯的色度、滋味影響最小。此外，環(huán)糊精還可以用來乳化增泡，防潮保濕，使脫水蔬菜復(fù)原等。
3.2 環(huán)糊精在其它方面的應(yīng)用
3.2.1 醫(yī)藥業(yè)
環(huán)糊精能有效地增加一些水溶性不良的藥物在水中的溶解度和溶解速度，如前列腺素-CD包合物能增加主藥的溶解度從而制成注射劑。它還能提高藥物（如腸康顆粒揮發(fā)油的穩(wěn)定性和生物利用度；減少藥物（如穿心蓮）的不良氣味或苦味；降低藥物（如雙氯芬酸鈉）的刺激和毒副作用；以及使藥物（如鹽酸小檗堿）緩釋和改善劑型。
3.2.2 分析化學(xué)
環(huán)糊精是手性化合物，它對有機分子有進行識別和選擇的能力，已成功地應(yīng)用于各種色譜與電泳方法中,以分離各種異構(gòu)體和對映體。環(huán)糊精在電化學(xué)分析中能改善體系的選擇性。
3.2.3 日用化工
環(huán)糊精與表面活性劑一起用到洗發(fā)劑及廚房清洗劑中可以減少表面活性劑對皮膚的刺激；利用環(huán)糊精還可以去除織物上的油漬；在染色工藝中，使用環(huán)糊精能夠顯著降低染料的初始上染速率，提高勻染性及纖維的著色量。
3.2.4 環(huán)保
環(huán)糊精在環(huán)保上的應(yīng)用是基于其能與污染物形成穩(wěn)定的包絡(luò)物，從而減少環(huán)境污染。其特有的分子結(jié)構(gòu)可用于生物法處理工業(yè)廢水。另外，空氣清新劑可通過添加環(huán)糊精，達到緩慢釋放氣體分子，延長香味持續(xù)時間的作用。
3.2.5 農(nóng)業(yè)
擬除蟲菊酯是一類非常重要的殺蟲劑，利用環(huán)糊精可以解決其不溶于水，需消耗大量的有機溶劑的問題，是解決擬除蟲菊酯污染環(huán)境的有效途徑。含不飽和脂肪酸的魚飼料，用環(huán)糊精將脂肪酸包接，可防止其擴散入水。
3.3 改性環(huán)糊精的應(yīng)用
環(huán)糊精衍生物具有比母體環(huán)糊精更優(yōu)良的特性，從而增大了其應(yīng)有范圍和應(yīng)用效果。水溶性環(huán)糊精衍生物具有更強的增溶能力，對于不溶性香料、親脂性農(nóng)藥有非常好的增溶效果；不溶性環(huán)糊精衍生物可應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測和廢水處理等環(huán)保方面，如將農(nóng)藥包結(jié)于不溶性環(huán)糊精聚合物中,在施用后就不會隨雨水流失；環(huán)糊精交聯(lián)聚合物能吸附水樣中的微污染物。農(nóng)業(yè)上用改性環(huán)糊精浸種可能會改變作物生長特性和產(chǎn)量。
改性環(huán)糊精的開發(fā)及應(yīng)用研究正在大力發(fā)展中，而它在食品工業(yè)中的應(yīng)用雖剛剛起步，但已顯示出較大的優(yōu)越性及很高的理論研究和應(yīng)用價值。特別值得提出的是其作為酶模型以及自組裝與分子識別的主體將有著不可估量的發(fā)展前景。
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