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-环糊精
环糊精
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简介
环糊精(Cyclodextrin,简称CD)是直链淀粉在由芽孢杆菌产生的环糊精葡萄糖基转移酶作用下生成的一系列环状低聚糖的总称,通常含有6~12个D-吡喃葡萄糖单元。其中研究得较多并且具有重要实际意义的是含有6、7、8个葡萄糖单元的分子,分别称为alpha-、beta-和gama-环糊精(图1)。根据X-线晶体衍射、红外光谱和核磁共振波谱分析的结果,确定构成环糊精分子的每个D(+)-吡喃葡萄糖都是椅式构象。各葡萄糖单元均以1,4-糖苷键结合成环。由于连接葡萄糖单元的糖苷键不能自由旋转,环糊精不是圆筒状分子而是略呈锥形的圆环。其中,环糊精的伯羟基围成了锥形的小口,而其仲羟基围成了锥形的大口。
由于环糊精的外缘(Rim)亲水而内腔(Cavity)疏水,因而它能够象酶一样提供一个疏水的结合部位,作为主体(Host)包络各种适当的客体(Guest),如有机分子、无机离子以及气体分子等。其内腔疏水而外部亲水的特性使其可依据范德华力、疏水相互作用力、主客体分子间的匹配作用等与许多有机和无机分子形成包合物及分子组装体系,成为化学和化工研究者感兴趣的研究对象。这种选择性的包络作用即通常所说的分子识别,其结果是形成主客体包络物(Host-GuestComplex)。环糊精是迄今所发现的类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、分离、食品以及药物等领域中,环糊精受到了极大的重视和广泛应用。由于环糊精在水中的溶解度和包结能力,改变环糊精的理化特性已成为化学修饰环糊精的重要目的之一。
环糊精(化学式:C14H8O2),是一种安特拉归农类化学物。环糊精的复合物存在于天然,也可以人工合成。工业上,不少染料都是以环糊精作基体;而不少有医疗功效的药用植物,如芦荟,都含有环糊精复合物。例如芦荟的凝胶当中的环糊精复合物,有消炎、消肿、止痛、止痒及抑制细菌生长的效用,可作天然的治伤药用。此外,利用环糊精的环糊精法是生产双氧水的最佳方法。
结构:多个分子以 -1,4-糖苷键首尾相连而成。在空间呈螺旋状结构。
、 、 -环糊精分别是6,7,8个D(+) 吡喃型葡萄糖组成的环状低聚物,其分子呈上宽下窄、两端开口、中空的筒状物,腔内部呈相对疏水性,而所有羟基则在分子外部。
3.1环糊精在食品工业上的应用
利用环糊精的疏水空腔生成包络物的能力,可使食品工业上许多活性成分与环糊精生成复合物,来达到稳定被包络物物化性质,减少氧化、钝化光敏性及热敏性,降低挥发性的目的,因此环糊精可以用来保护芳香物质和保持色素稳定。环糊精还可以脱除异味、去除有害成分,如去除蛋黄,稀奶油等食品中的大部分胆固醇;它可以改善食品工艺和品质,如在茶叶饮料的加工中,使用 -环糊精转溶法既能有效抑制茶汤低温浑浊物的形成,又不会破坏茶多酚、氨基酸等赋型物质,对茶汤的色度、滋味影响最小。此外,环糊精还可以用来乳化增泡,防潮保湿,使脱水蔬菜复原等。
3.2环糊精在其它方面的应用
3.2.1医药业
环糊精能有效地增加一些水溶性不良的药物在水中的溶解度和溶解速度,如前列腺素-CD包合物能增加主药的溶解度从而制成注射剂。它还能提高药物(如肠康颗粒挥发油的稳定性和生物利用度;减少药物(如穿心莲)的不良气味或苦味;降低药物(如双氯芬酸钠)的刺激和毒副作用;以及使药物(如盐酸小檗碱)缓释和改善剂型。
3.2.2分析化学
环糊精是手性化合物,它对有机分子有进行识别和选择的能力,已成功地应用于各种色谱与电泳方法中,以分离各种异构体和对映体。环糊精在电化学分析中能改善体系的选择性。
3.2.3日用化工
环糊精与表面活性剂一起用到洗发剂及厨房清洗剂中可以减少表面活性剂对皮肤的刺激;利用环糊精还可以去除织物上的油渍;在染色工艺中,使用环糊精能够显著降低染料的初始上染速率,提高匀染性及纤维的着色量。
3.2.4环保
环糊精在环保上的应用是基于其能与污染物形成稳定的包络物,从而减少环境污染。其特有的分子结构可用于生物法处理工业废水。另外,空气清新剂可通过添加环糊精,达到缓慢释放气体分子,延长香味持续时间的作用。
3.2.5农业
拟除虫菊酯是一类非常重要的杀虫剂,利用环糊精可以解决其不溶于水,需消耗大量的有机溶剂的问题,是解决拟除虫菊酯污染环境的有效途径。含不饱和脂肪酸的鱼饲料,用环糊精将脂肪酸包接,可防止其扩散入水。
3.3改性环糊精的应用
环糊精衍生物具有比母体环糊精更优良的特性,从而增大了其应有范围和应用效果。水溶性环糊精衍生物具有更强的增溶能力,对于不溶性香料、亲脂性农药有非常好的增溶效果;不溶性环糊精衍生物可应用于环境监测和废水处理等环保方面,如将农药包结于不溶性环糊精聚合物中,在施用后就不会随雨水流失;环糊精交联聚合物能吸附水样中的微污染物。农业上用改性环糊精浸种可能会改变作物生长特性和产量。
改性环糊精的开发及应用研究正在大力发展中,而它在食品工业中的应用虽刚刚起步,但已显示出较大的优越性及很高的理论研究和应用价值。特别值得提出的是其作为酶模型以及自组装与分子识别的主体将有着不可估量的发展前景。