10016-20-3/α-環糊精的制備

背景及概述^[1][2]

環糊精(Cyclodextrins，通常簡稱為CD)，是一類由淀粉或多糖在環糊精葡萄糖基轉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-環糊精、β-環糊精和γ-環糊精。由于α-環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性質如溶解度、穩定性等，因此在食品、醫藥、農業、紡織、環保、化妝品、生物技術和分析化學等領域具有廣泛的應用。

α-環糊精

應用^[3]

α-環糊精空腔直徑略小于β-環糊精，其溶解度是β-環糊精溶解度的8倍，相比于β-環糊精，α-環糊精具有獨特的性質和特有的用途，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、醫藥等領域已顯示出無可比擬的優勢。雖然市場已大量銷售α-環糊精產品，但由于α-環糊精生產成本較高，導致α-環糊精價格昂貴。

制備^[2]

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

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量8％的正癸醇，反應6個小時。

3.用水蒸氣蒸餾法分離出反應液中的正癸醇。

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

5.將反應液直接過濾，收集濾餅，其中包括乙醇與α-環糊精形成的絡合物沉淀以及沒有反應的淀粉；將濾餅重新復溶，采用減壓蒸餾法除去乙醇，待蒸餾結束后，過濾蒸餾液除去沒有反應的淀粉，即可得到α-環糊精的水溶液；將水溶液蒸發濃縮，與2℃的低溫環境中放置得到α-環糊精的結晶。

結果觀察：淀粉的總轉化率達到73％，產品中α-環糊精所占的比例高達86.7％，β?CGT占13.3％。

主要參考資料

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

[2] 雙少敏, 郭祀遠, 李琳, 蔡妙顏, & 潘景浩. (1998). 相溶解度法測定β-環糊精-蘆丁包合物的形成常數. 分析化學(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——環糊精雙核銅配合物對芳香氨基酸的手性識別. 科學通報, 20, 36-39.