α-环糊精的制备

背景及概述^[1][2]

环糊精(Cyclodextrins，通常简称为CD)，是一类由淀粉或多糖在环糊精葡萄糖基转移酶作用下生成的由D-吡喃葡萄糖单元通过alpha-1，4-糖苷键首尾相连的环状化合物的总称，常见的有6、7和8个葡萄糖单元的分子，分别称为α-环糊精、β-环糊精和γ-环糊精。由于α-环糊精能与许多客体分子形成包合物，从而改变客体分子的物理和化学性质如溶解度、稳定性等，因此在食品、医药、农业、纺织、环保、化妆品、生物技术和分析化学等领域具有广泛的应用。

α-环糊精

应用^[3]

α-环糊精空腔直径略小于β-环糊精，其溶解度是β-环糊精溶解度的8倍，相比于β-环糊精，α-环糊精具有独特的性质和特有的用途，更适于包合具有低分子量的分子，可以用于分子识别和纳米材料，并且是一种非常好的膳食纤维，在食品、医药等领域已显示出无可比拟的优势。虽然市场已大量销售α-环糊精产品，但由于α-环糊精生产成本较高，导致α-环糊精价格昂贵。

制备^[2]

生产α-环糊精的方法主要有化学法和生物法，化学法是将马赛兰氏淀粉与四氯乙烷反应，生成α-环糊精粗品，再经过滤和水蒸汽蒸馏后得到纯度相对较高的α-环糊精(汪家铭；环状糊精生产应用及市场前景，精细与专用化学品，1998(02)，19-20)。由于α-环糊精溶解度较大，所以化学法制备比较困难，而且会对环境造成较大污染，生物法目前被认为是极具应用潜力的方法。然而，有关生物法制备β-环糊精的报道较多，关于生物法生产α-环糊精的报道则较少。陈龙然从土壤中分离出一株地衣芽孢杆菌，该菌发酵得到的环糊精葡萄糖基转移酶(CGTase)作用于淀粉后，产物以α-环糊精为主，β-环糊精次之，二者比例为2.47∶1，环糊精总产率为29.8％(陈龙然，康培，冯明光，王雅芬，一株产环糊精葡萄糖基转移酶的地衣芽孢杆菌的选育、产酶条件及酶学特性，微生物学报，2005(01))。目前生物法生产α-环糊精主要问题在于：一、缺少优良菌种，市场上缺少高产率并且定向生产α-环糊精的环糊精葡萄糖基转移酶(CGTase)；二、缺少α-环糊精相应的生产工艺，针对α-环糊精在水中溶解度较高的问题，需要制定一套高效、经济的分离提取方法。

具体方法：

1.按照15％的浓度将木薯淀粉和蒸馏水调和成浆，在85℃的条件下搅拌15分钟，使淀粉颗粒充分胀溶。

2.将PH值调为5，按照每克淀粉200个单位的比例加入CGT酶，然后加入体积占淀粉质量8％的正癸醇，反应6个小时。

3.用水蒸气蒸馏法分离出反应液中的正癸醇。

4.将温度调至50℃，再加入CGT酶，使比例达到每克淀粉400个单位；加入占淀粉体积20％的乙醇，然后反应10个小时。

5.将反应液直接过滤，收集滤饼，其中包括乙醇与α-环糊精形成的络合物沉淀以及没有反应的淀粉；将滤饼重新复溶，采用减压蒸馏法除去乙醇，待蒸馏结束后，过滤蒸馏液除去没有反应的淀粉，即可得到α-环糊精的水溶液；将水溶液蒸发浓缩，与2℃的低温环境中放置得到α-环糊精的结晶。

结果观察：淀粉的总转化率达到73％，产品中α-环糊精所占的比例高达86.7％，β‑CGT占13.3％。

主要参考资料

[1] 刘琼, & 范晓东. (2002). 环糊精高分子. 高分子通报(5), 41-48.

[2] 双少敏, 郭祀远, 李琳, 蔡妙颜, & 潘景浩. (1998). 相溶解度法测定β-环糊精-芦丁包合物的形成常数. 分析化学(5).

[3] 刘育, 厉斌, 张毅民, 卜显和, 李玉梅, & 陈荣悌. (1995). 超分子体系中的分子识别研究Ⅲ——环糊精双核铜配合物对芳香氨基酸的手性识别. 科学通报, 20, 36-39.