10016-20-3/α-環(huán)糊精的制備

背景及概述^[1][2]

環(huán)糊精(Cyclodextrins，通常簡稱為CD)，是一類由淀粉或多糖在環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶作用下生成的由D-吡喃葡萄糖單元通過alpha-1，4-糖苷鍵首尾相連的環(huán)狀化合物的總稱，常見的有6、7和8個葡萄糖單元的分子，分別稱為α-環(huán)糊精、β-環(huán)糊精和γ-環(huán)糊精。由于α-環(huán)糊精能與許多客體分子形成包合物，從而改變客體分子的物理和化學(xué)性質(zhì)如溶解度、穩(wěn)定性等，因此在食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、紡織、環(huán)保、化妝品、生物技術(shù)和分析化學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

α-環(huán)糊精

應(yīng)用^[3]

α-環(huán)糊精空腔直徑略小于β-環(huán)糊精，其溶解度是β-環(huán)糊精溶解度的8倍，相比于β-環(huán)糊精，α-環(huán)糊精具有獨(dú)特的性質(zhì)和特有的用途，更適于包合具有低分子量的分子，可以用于分子識別和納米材料，并且是一種非常好的膳食纖維，在食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域已顯示出無可比擬的優(yōu)勢。雖然市場已大量銷售α-環(huán)糊精產(chǎn)品，但由于α-環(huán)糊精生產(chǎn)成本較高，導(dǎo)致α-環(huán)糊精價格昂貴。

制備^[2]

生產(chǎn)α-環(huán)糊精的方法主要有化學(xué)法和生物法，化學(xué)法是將馬賽蘭氏淀粉與四氯乙烷反應(yīng)，生成α-環(huán)糊精粗品，再經(jīng)過濾和水蒸汽蒸餾后得到純度相對較高的α-環(huán)糊精(汪家銘；環(huán)狀糊精生產(chǎn)應(yīng)用及市場前景，精細(xì)與專用化學(xué)品，1998(02)，19-20)。由于α-環(huán)糊精溶解度較大，所以化學(xué)法制備比較困難，而且會對環(huán)境造成較大污染，生物法目前被認(rèn)為是極具應(yīng)用潛力的方法。然而，有關(guān)生物法制備β-環(huán)糊精的報道較多，關(guān)于生物法生產(chǎn)α-環(huán)糊精的報道則較少。陳龍然從土壤中分離出一株地衣芽孢桿菌，該菌發(fā)酵得到的環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶(CGTase)作用于淀粉后，產(chǎn)物以α-環(huán)糊精為主，β-環(huán)糊精次之，二者比例為2.47∶1，環(huán)糊精總產(chǎn)率為29.8％(陳龍然，康培，馮明光，王雅芬，一株產(chǎn)環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶的地衣芽孢桿菌的選育、產(chǎn)酶條件及酶學(xué)特性，微生物學(xué)報，2005(01))。目前生物法生產(chǎn)α-環(huán)糊精主要問題在于：一、缺少優(yōu)良菌種，市場上缺少高產(chǎn)率并且定向生產(chǎn)α-環(huán)糊精的環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶(CGTase)；二、缺少α-環(huán)糊精相應(yīng)的生產(chǎn)工藝，針對α-環(huán)糊精在水中溶解度較高的問題，需要制定一套高效、經(jīng)濟(jì)的分離提取方法。

具體方法：

1.按照15％的濃度將木薯淀粉和蒸餾水調(diào)和成漿，在85℃的條件下攪拌15分鐘，使淀粉顆粒充分脹溶。

2.將PH值調(diào)為5，按照每克淀粉200個單位的比例加入CGT酶，然后加入體積占淀粉質(zhì)量8％的正癸醇，反應(yīng)6個小時。

3.用水蒸氣蒸餾法分離出反應(yīng)液中的正癸醇。

4.將溫度調(diào)至50℃，再加入CGT酶，使比例達(dá)到每克淀粉400個單位；加入占淀粉體積20％的乙醇，然后反應(yīng)10個小時。

5.將反應(yīng)液直接過濾，收集濾餅，其中包括乙醇與α-環(huán)糊精形成的絡(luò)合物沉淀以及沒有反應(yīng)的淀粉；將濾餅重新復(fù)溶，采用減壓蒸餾法除去乙醇，待蒸餾結(jié)束后，過濾蒸餾液除去沒有反應(yīng)的淀粉，即可得到α-環(huán)糊精的水溶液；將水溶液蒸發(fā)濃縮，與2℃的低溫環(huán)境中放置得到α-環(huán)糊精的結(jié)晶。

結(jié)果觀察：淀粉的總轉(zhuǎn)化率達(dá)到73％，產(chǎn)品中α-環(huán)糊精所占的比例高達(dá)86.7％，β?CGT占13.3％。

主要參考資料

[1]劉瓊, & 范曉東. (2002). 環(huán)糊精高分子. 高分子通報(5), 41-48.

[2] 雙少敏, 郭祀遠(yuǎn), 李琳, 蔡妙顏, & 潘景浩. (1998). 相溶解度法測定β-環(huán)糊精-蘆丁包合物的形成常數(shù). 分析化學(xué)(5).

[3] 劉育, 厲斌, 張毅民, 卜顯和, 李玉梅, & 陳榮悌. (1995). 超分子體系中的分子識別研究Ⅲ——環(huán)糊精雙核銅配合物對芳香氨基酸的手性識別. 科學(xué)通報, 20, 36-39.