環糊精
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環糊精(Cyclodextrin，簡稱CD)是直鏈澱粉在由芽孢桿菌產生的環糊精葡萄糖基轉移酶作用下生成的一系列環狀低聚糖的總稱，通常含有6~12個D-吡喃葡萄糖單元。其中研究得較多並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 -環糊精(圖1)。根據X-線晶體衍射、紅外光譜和核磁共振波譜分析的結果，確定構成環糊精分子的每個D(+)- 吡喃葡萄糖都是椅式構象。各葡萄糖單元均以1，4-糖苷鍵結合成環。由於連接葡萄糖單元的糖苷鍵不能自由旋轉，環糊精不是圓筒狀分子而是略呈錐形的圓環。其中，環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。
由於環糊精的外緣(Rim)親水而內腔(Cavity)疏水，因而它能夠象酶一樣提供一個疏水的結合部位，作為主體(Host)包絡各種適當的客體(Guest)，如有機分子、無機離子以及氣體分子等。其內腔疏水而外部親水的特性使其可依據范德華力、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，成為化學和化工研究者感興趣的研究對象。這種選擇性的包絡作用即通常所說的分子識別，其結果是形成主客體包絡物(Host-Guest Complex)。環糊精是迄今所發現的類似於酶的理想宿主分子，並且其本身就有酶模型的特性。因此，在催化、分離、食品以及藥物等領域中，環糊精受到了極大的重視和廣泛應用。由於環糊精在水中的溶解度和包結能力，改變環糊精的理化特性已成為化學修飾環糊精的重要目的之一。
環糊精(化學式: C14H8O2)，是一種安特拉歸農類化學物。環糊精的複合物存在於天然，也可以人工合成。工業上，不少染料都是以環糊精作基體；而不少有醫療功效的藥用植物，如蘆薈，都含有環糊精複合物。例如蘆薈的凝膠當中的環糊精複合物，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，利用環糊精的環糊精法是生產雙氧水的最佳方法。
結構：多個分子以α-1，4-糖苷鍵首尾相連而成。在空間呈螺旋狀結構。
α、β、γ-環糊精分別是6，7，8個D（+）—吡喃型葡萄糖組成的環狀低聚物，其分子呈上寬下窄、兩端開口、中空的筒狀物，腔內部呈相對疏水性，而所有羥基則在分子外部。
環糊精的改性和應用研究進展
環糊精的基礎研究早在30年代開始，並證實了環糊精能形成包埋複合物，但直到二十世紀五十年代環糊精包埋複合物的研究才趨於成熟，並且發現環糊精在一些反應中具有催化作用。1950年以來，對環糊精生成酶、製取方法、環糊精的物理化學性質和研究逐漸增多，提出了許多新見解。特別是F. Cramer 首先闡明了環糊精能穩定色素，繼而又發現能形成包絡物，從而在食品、醫藥、化妝品、香精等方面的應用不斷擴大，其相關領域研究工作也隨之活躍起來。1960 年日本首次進行了環糊精的中試生產，此後三十年內環糊精才真正進入了工業化生產階段。目前，日本在環糊精生產與應用方面居世界領先水平，是環糊精的最大出口國，我國也是其進口國之一。近年來，由於環糊精的酶被逐漸發現以及工業技術、工藝的不斷完善和應用領域的擴大，已成為緊俏的化工產品。
1 環糊精的結構與性質
環糊精分子具有略呈錐形的中空圓筒立體環狀結構，在其空洞結構中，外側上端（較大開口端）由C2和C3的仲羥基構成，下端（較小開口端）由C6的伯羥基構成，具有親水性，而空腔內由於受到C-H鍵的屏蔽作用形成了疏水區。它既無還原端也無非還原端，沒有還原性；在鹼性介質中很穩定，但強酸可以使之裂解；只能被α- 澱粉酶水解而不能被β- 澱粉酶水解，對酸及一般澱粉酶的耐受性比直鏈澱粉強；在水溶液及醇水溶液中，能很好地結晶；無一定熔點，加熱到約200℃開始分解，有較好的熱穩定性；無吸濕性，但容易形成各種穩定的水合物；它的疏水性空洞內可嵌入各種有機化合物，形成包接複合物，並改變被包絡物的物理和化學性質；可以在環糊精分子上交鏈許多官能團或將環糊精交鏈於聚合物上，進行化學改性或者以環糊精為單體進行聚合。
2 環糊精的改性
由於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，應用範圍較小；γ-CD的分子洞大，但其生產成本高，工業上不能大量生產，其應用受到限制；β-CD的分子洞適中，應用範圍廣，生產成本低，是目前工業上使用最多的環糊精產品。但β-CD的疏水區域及催化活性有限，使其在應用上受到一定限制。為了克服環糊精本身存在的缺點，研究人員嘗試對環糊精母體用不同方法進行改性，以改變環糊精性質並擴大其應用範圍。目前國內外改性環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糊精大環基本骨架不變情況下引人修飾基團，得到具有不同性質或功能的產物，因此也被稱為修飾，改性後的環糊精也叫環糊精衍生物。
環糊精進行改性的方法有化學法和酶工程法兩種，其中化學法是主要的。化學改性是利用環糊精分子洞外表面的醇羥基進行醚化、酯化、氧化、交聯等化學反應，能使環糊精的分子洞外表面有新的功能團。反應程度用取代度即平均每個葡萄糖單位中羥基被取代的數量表示。酶工程法是利用環糊精葡萄糖基轉移酶（CGTase）或普魯藍酶等將單糖或低聚糖結合到環糊精上，製成支鏈環糊精(歧化環糊精) 的方法。
在環糊精發現不久，人們就對環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，包括環糊精醚衍生物，環糊精酯衍生物，橋聯環糊精，環糊精交聯聚合物，與高分子相連環糊精，嵌入功能基團改性環糊精等。
3 環糊精的應用研究
3.1 環糊精在食品工業上的應用
利用環糊精的疏水空腔生成包絡物的能力，可使食品工業上許多活性成分與環糊精生成複合物，來達到穩定被包絡物物化性質，減少氧化、鈍化光敏性及熱敏性，降低揮發性的目的，因此環糊精可以用來保護芳香物質和保持色素穩定。環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，如在茶葉飲料的加工中，使用β-環糊精轉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、胺基酸等賦型物質，對茶湯的色度、滋味影響最小。此外，環糊精還可以用來乳化增泡，防潮保濕，使脫水蔬菜復原等。
3.2 環糊精在其它方面的應用
3.2.1 醫藥業
環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製成注射劑。它還能提高藥物（如腸康顆粒揮髮油的穩定性和生物利用度；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（如鹽酸小檗鹼）緩釋和改善劑型。
3.2.2 分析化學
環糊精是手性化合物，它對有機分子有進行識別和選擇的能力，已成功地應用於各種色譜與電泳方法中,以分離各種異構體和對映體。環糊精在電化學分析中能改善體系的選擇性。
3.2.3 日用化工
環糊精與表面活性劑一起用到洗髮劑及廚房清洗劑中可以減少表面活性劑對皮膚的刺激；利用環糊精還可以去除織物上的油漬；在染色工藝中，使用環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 環保
環糊精在環保上的應用是基於其能與污染物形成穩定的包絡物，從而減少環境污染。其特有的分子結構可用於生物法處理工業廢水。另外，空氣清新劑可通過添加環糊精，達到緩慢釋放氣體分子，延長香味持續時間的作用。
3.2.5 農業
擬除蟲菊酯是一類非常重要的殺蟲劑，利用環糊精可以解決其不溶於水，需消耗大量的有機溶劑的問題，是解決擬除蟲菊酯污染環境的有效途徑。含不飽和脂肪酸的魚飼料，用環糊精將脂肪酸包接，可防止其擴散入水。
3.3 改性環糊精的應用
環糊精衍生物具有比母體環糊精更優良的特性，從而增大了其應有範圍和應用效果。水溶性環糊精衍生物具有更強的增溶能力，對於不溶性香料、親脂性農藥有非常好的增溶效果；不溶性環糊精衍生物可應用於環境監測和廢水處理等環保方面，如將農藥包結於不溶性環糊精聚合物中,在施用後就不會隨雨水流失；環糊精交聯聚合物能吸附水樣中的微污染物。農業上用改性環糊精浸種可能會改變作物生長特性和產量。
改性環糊精的開發及應用研究正在大力發展中，而它在食品工業中的應用雖剛剛起步，但已顯示出較大的優越性及很高的理論研究和應用價值。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展前景。
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