环糊精（化学术语）

环糊精

化学术语

环糊精是呈环状的低聚葡萄糖。在通常情况下，环糊精是由6、7或8个葡萄糖单元通过α，1→4键环状相互连接的结晶体，分别称α－、β－或γ－环糊精。环糊精分子呈环状,不具有还原性末端,对酸有一定的稳定性，普通的淀粉酶难于将它们水解。各种环糊精与碘的颜色反应不同,比旋光度和溶解度也各不相同,其中β－环糊精的溶解度最小，具有易结晶、易分离的特性。各种环糊精的性质见表。环糊精在环状结构的中心具有空穴，内部有-CH-与葡萄糖甙结合的氧原子，呈硫水性，葡萄糖2位、3位和6位的-OH基呈亲水性，可通过微弱的范德华力将其他分子络合成包接物。环糊精也是一类表面活性剂和相转移催化剂，能选择性地进行某些有机反应；根据离子半径的大小，能选择性地络合阳离子，在分析化学、医药、食品等行业中应用。

研究发现

环糊精早在1891年就由Villiers首次从淀粉杆菌的淀粉消化液里发现，至今已有一百多年的历史。它是由环糊精葡萄糖残基转移酶（Cyclodextringlycosyltransferase，CGTase）作用于淀粉、糖原、麦芽寡聚糖等葡萄糖聚合物而形成的由6～12个D-吡喃葡萄糖基以α-1，4-葡萄糖苷键连接而成的环状低聚糖。目前工业中所用的环糊精主要是α-、β-和γ-环糊精及其衍生物，分别对应于6、7 和8 个葡萄糖单元，其中尤以β-环糊精应用最为广泛。近年来，聚合度从9到几百不等的大环糊精（Large-ring cyclodextrins，简称LR-CD）也引起了国内外的广泛关注，对大环糊精的制备、分离纯化、结构和功能以及应用也进行了深入的研究。  

环糊精的基础研究早在30年代开始，并证实了环糊精能形成包埋复合物，但直到二十世纪五十年代环糊精包埋复合物的研究才趋于成熟，并且发现环糊精在一些反应中具有催化作用。1950年以来，对环糊精生成酶、制取方法、环糊精的物理化学性质和研究逐渐增多，提出了许多新见解。特别是F. Cramer 首先阐明了环糊精能稳定色素，继而又发现能形成包络物，从而在食品、医药、化妆品、香精等方面的应用不断扩大，其相关领域研究工作也随之活跃起来。1960 年日本首次进行了环糊精的中试生产，此后三十年内环糊精才真正进入了工业化生产阶段。目前，日本在环糊精生产与应用方面居世界领先水平，是环糊精的最大出口国，我国也是其进口国之一。近年来，由于环糊精的酶被逐渐发现以及工业技术、工艺的不断完善和应用领域的扩大，已成为紧俏的化工产品。

改性方法

由于α-CD分子空洞孔隙较小，通常只能包接较小分子的客体物质，应用范围较小；γ-CD的分子洞大，但其生产成本高，工业上不能大量生产，其应用受到限制；β-CD的分子洞适中，应用范围广，生产成本低，是目前工业上使用最多的环糊精产品。但β-CD的疏水区域及催化活性有限，使其在应用上受到一定限制。为了克服环糊精本身存在的缺点，研究人员尝试对环糊精母体用不同方法进行改性，以改变环糊精性质并扩大其应用范围。目前国内外改性环糊精研究已有长足进展，取得了很多成果。

所谓改性就是指在保持环糊精大环基本骨架不变情况下引入修饰基团，得到具有不同性质或功能的产物，因此也被称为修饰，改性后的环糊精也叫环糊精衍生物。

环糊精进行改性的方法有化学法和酶工程法两种，其中化学法是主要的。化学改性是利用环糊精分子洞外表面的醇羟基进行醚化、酯化、氧化、交联等化学反应，能使环糊精的分子洞外表面有新的功能团。反应程度用取代度即平均每个葡萄糖单位中羟基被取代的数量表示。酶工程法是利用环糊精葡萄糖基转移酶（CGTase）或普鲁蓝酶等将单糖或低聚糖结合到环糊精上，制成支链环糊精(歧化环糊精) 的方法。

在环糊精发现不久，人们就对环糊精衍生物进行了研究，合成了许多含有各种功能基的衍生物，包括环糊精醚衍生物，环糊精酯衍生物，桥联环糊精，环糊精交联聚合物，与高分子相连环糊精，嵌入功能基团改性环糊精等。

主要应用

食品工业

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β-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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

参考资料

1.γ-环糊精 ·北京百奥莱博科技有限公司网

2.α-环糊精CAS·chemical book