基本介紹
- 中文名：環糊精包合技術
- 概述：分子結構中全部另一種分子而成
- 結構與性質：桶內形成疏水性空腔
- 形成的條件：主客體之間有疏水親脂相互作用
技術介紹,結構與性質,形成條件,常用製備方法,影響工藝因素,包合物的套用,驗證與技術,套用前景,
技術介紹
包合物是一種分子的空間結構中全部或部分包入另一種分子而成，又稱分子
水”的特殊性及無毒的優良性能，可與多種客體包結，採用適當方法製備的包合物能使客體的某些性質得到改善。近年來，對環糊精的研究已在各個領域取得許多成就。本文在閱讀大量文獻基礎上，總結出環糊精包合技術研究進展狀況，以便為充分開發新疆地方植物、藥物資源起到重要的參考作用。
結構與性質
環糊精分子結構由6個以上葡萄糖通過α-1,4糖苷鍵連線而成，呈桶狀。桶內形成疏水性空腔，能吸收一定大小和形狀的疏水性小分子物質或基團，形成穩定的非共價複合物。分別由六，七，八個葡萄糖單體通過α-1，4糖苷鍵連線而成的環糊精為α-CD,β-CD,γ-CD。β-CD是已知效果最好的包合材料之一，在三種類型中套用最為廣泛，而且已得到美國食品藥物管理局的認可。
形成條件
環糊精包合物形成的內在因素取決於環糊精和其客體的基本性質，主要有以下三方面：
1 主客體之間有疏水親脂相互作用
因環糊精空腔是疏水的，客體分子的非極性越高，越易被包合。當疏水親脂的客體分子進入環糊精空腔後，其疏水基團與環糊精空腔有最大接觸，而其親水基團遠離空腔。
2 主客體符合空間匹配效應
環糊精孔徑大小不同，它們分別可選擇容納體積大小與其空腔匹配的客體分子，這樣形成的包合物比較穩定。
3 氫鍵與釋出高能水
一些客體分子與環糊精的羥基可形成氫鍵，增加了包合物的穩定性。即客體的疏水部分進入環糊精空腔取代環糊精高能水有利於環糊精包合物的形成，因為極性的水分子在非極性空腔欠穩定，易被極性較低的分子取代。
包合物的形成還受時間，反應溫度，攪拌（或超聲振盪）時間，反應物濃度等外在條件的影響。
常用製備方法
1 飽和水溶液法（重結晶或共沉澱法）
將客分子物質或其溶液加入飽和的β-CD水溶液中，在一定的溫度下攪拌相當時間後冷卻使結晶，過濾，乾燥即可。這是目前研究中採用最多的方法，一般在磁力攪拌器或電動攪拌器中進行。
2 超聲法
將客分子物質加入β-CD的飽和水溶液中用超音波破碎儀或超音波清洗機選擇合適的超聲強度和時間，將析出的沉澱按上述方法處理即得。該法簡便快捷。
3 研磨法
4 冷凍乾燥法
5 噴霧乾燥法
影響工藝因素
1 投料比的選擇
以不同比例的主，客分子投料進行包合，再分析不同包合物的含量和產率，計算應選擇投料比。
2 包合方法的選擇
根據設備條件進行試驗，飽和水溶液法較常用，研磨法應注意投料比，超聲法省時收率較高。
3 包合溫度，分散力大小，攪拌速率及時間，乾燥方法均應選擇合適條件。
包合條件各因素可用正交設計，以揮髮油收得率，利用率，含油率為考察指標，對提取工藝進行綜合評價，通過直觀分析，方差分析優選最佳工藝。
龔慕辛等以包合物蒼朮揮髮油利用率，收得率，含油率為指標，考察了蒼朮揮髮油與β-CD的比例，攪拌時間，包合溫度三個因素，結果最佳工藝條件是蒼朮揮髮油：β-環糊精1：6，包合溫度40℃，包合時間1h。揮髮油利用率為86.5%。蔡溱等研究了β-環糊精對陳皮揮髮油的包合作用，篩選出飽和水溶液法最佳包合條件：β-環糊精和油的比例為6：1，包合溫度50℃，包合時間2h。胡世蓮等研究了β-環糊精包合青皮，木香混合揮髮油的工藝優選條件為：β-環糊精：揮髮油為6：1，包合溫度55℃，包合時間3h。
包合物的套用
1 在食品工業上的套用
環糊精在食品工業作為食品添加劑發展很快，套用面廣，如有效成分的包囊，異味或有害成分的脫除，提高食品與改善食品的組織結構，保持與改善風味等。番茄紅素是一類非常重要的類胡蘿蔔素，具有優越的生理功能，其分子中含有11個共軛及兩個非共軛碳-碳雙鍵，導致了它極不穩定，在光、熱和氧的作用下很容易被氧化降解。李偉等將其用環糊精包合後明顯提高了它的水溶性，改善了它的穩定性。
2 在藥劑學上的套用
2.1 增強藥物穩定性 易氧化，水解的藥物由於環糊精的包合物免受光，氧，熱以及某些因素的影響而得到保護，使藥物效力和保存期延長。彭湘紅等用β-環糊精在60%乙醇水溶液中與維生素D2形成包合物。在光照、高溫、高濕度加速實驗條件下測定包合物中VD2含量變化。3個月的加速實驗表明兩年後包合物中VD2保持85%-95%,而未包合的VD2僅剩17%-22%，解決了兒童佝僂病防治藥物中VD2的穩定含量問題。
2.2 增加藥物的溶解度和溶出速率 環糊精包合物相當於分子膠囊，藥物分子被分離而分散於低聚糖骨架中。由於藥物分子與環糊精上的羥基相互作用以及藥物在包合物中的結晶度減少，而使藥物的溶解度和溶出速率增加。
2.3 掩蓋藥物的不良臭味和降低刺激性
2.4 提高生物利用度
2.5 劑型的改善，提高在製劑過程中或在投藥部位的穩定性。
2.6 液體藥物的粉末化或減少揮發性 揮發性藥物製成環糊精包合物，除了減少揮發，還有緩釋作用。環丙沙星是氟喹諾酮類藥物，是近年來在獸醫臨床上的常用藥物。但由於半衰期短，刺激性強，需重複注射，影響了其廣泛使用。鞠玉林等將環丙沙星與β-環糊精包合後發現其延緩釋藥達72h。
3 在香料中的套用
一些易於氧化分解、變質，對光、熱不穩定的香料可製成β-環糊精的包合物來儲存和使用，這樣既可保持原有的香味又可防止其變質，並可延長存放時間。廣泛用作朱古力、冰淇淋、酒類增香劑的香蘭素以及檸檬醛、紫羅蘭酮等β-環糊精的包合物都有見報導，這種穩定化的香料包合物在食品加香中具有重要意義。
4 在化妝品中的套用
環糊精包結香精用於化妝品的目的是為延長留香時間，減少香精對皮膚的刺激，或使其能用於以水為基質的產品中。如S-生育酚能中和自由基，避免造成皮膚永久性損傷，所以在化妝品中可用作皮膚抗皺劑。用環糊精包結後再加入到化妝品配方中，就可解決易氧化而失去活性等問題。環糊精還能包結皮膚中滲出的多不飽和脂肪酸，防止其氧化變質，抑制自由基形成，減少皮膚感染和炎症，是一種有效的抗粉刺劑。
5 在殺蟲劑中的套用
擬除蟲菊酯是一類非常重要的殺蟲劑，占有約五分之一的殺蟲劑市場份額它們不溶於水，多以乳油使用，其製劑的加工中需消耗大量的有機溶劑，以水為基質代替乳油，製成β-環糊精包合物，是解決擬除蟲菊酯污染環境的有效途徑。
驗證與技術
主要有以下方法：顯微鏡法和電鏡掃描法、熱分析法、紅外光譜法、X-射線衍射法、相溶解度法、紫外可見分光光度法、核磁共振法、薄層色譜法和螢光光譜法。
套用前景
環糊精的發現迄今已有一百多年，但早期由於環糊精生成酶穩定性差，產量低，分離提純時加入的有機沉澱劑產生毒性等原因，使環糊精的研究與套用受到限制。直到七十年代中期，在解決了產量和毒性兩大問題以後，才實現了一定規模的工業生產。今後，環糊精的工業套用將更加集中於敏感性較強的芳香性物質的微包曩研究，主要套用於食品，藥物，香料，化妝品，除革劑，殺蟲劑等工業領域。隨著環糊精價格的下降，環糊精化學的研究在新疆獨特的資源優勢中必將有更加廣闊的套用前景。
