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      环糊精(CD,Cyclodextrin)是由芽孢杆菌分泌的环糊精葡萄糖基转移酶分解淀粉而得到的一类环状低聚糖的总称,通常含有6~12个D-(+)-吡喃葡萄糖单元,其中研究最多并且具有实际意义的是α-环糊精、β-环糊精和γ-环糊精三种(图1),分别有六个、七个和八个葡萄糖分子结构。

        环糊精的分子结构

      环糊精的结构特点

        环糊精分子形状为内部疏水,外部亲水的略成锥桶状的空腔结构。环糊精的独特结构使它们能够与多种物质形成主-客结构或形成包接复含物。环糊精复合物改变了客体分子的理化和生物特性(例如:增加溶解性、稳定性和减少挥发、降低刺激性、毒性和副作用、掩盖药物的辛辣苦味,改善生物吸收利用度、均衡药物缓慢释放和延长药物的半衰期、增强了客体(活性成份)的稳定性和靶向释放)。

         α、β、γ-环糊精的异同点

        α、β、γ-环糊精的共性:

(1)均是糊精两端由若干个葡萄糖分子以环状相互连接合成;

(2)均是很微小的纳米粒子;

(3)环状结构均具有内侧亲油、外侧亲水的特性;

         α、β、γ-环糊精的区别:

      环糊精的现状:

        目前工业上大量生产且应用广泛的环糊精产品是β-环糊精。近年来α-环糊精由于其优良的理化性能及多种功效受到了越来越多的关注。α-环糊精除具有其他环糊精的特性和用途外,由于其内腔尺寸小于β-环糊精,更适合于包结小分子的被包结物,以及应用要求环糊精溶解度较高的场合。α-环糊精也作为可溶性食物纤维或改善代谢综合症方面的素材用于功能性食品、药物辅料领域,其降低血糖浓度的功效和减肥功效也得到了权威认证和市场认可。

      α-环糊精的功能及应用:

        1)调整肠胃功能,改善便秘

        α-环糊精在肠道中会被正常寄生的某些细菌所分解,并转化为醋酸、丙酸、酪酸等一系列的短链脂肪酸。这些短链脂肪酸在肠道中可抑制有害杂菌的生长,并有助于诸如双歧杆菌之类的益生菌的生长,而人体内益生菌数量增加反过来能提高人体免疫力及预防肠炎、肠癌、痢疾和便秘等。α-环糊精作为食品纤维或改善代谢综合症方面的额外素材广泛应用于功能性食品中。 
                 
         2) 预防和改善糖尿病
        α-环糊精能阻止糖类在肠内吸收,促进被包结后的糖类排泄,降低高淀粉膳食后的血糖峰值,达到抑制餐后血糖上升的效果。α-环糊精对预防和改善糖尿病有良好的效果,可作为高血糖患者与Ⅱ型糖尿病患者防止餐后高血糖的一种有效的降血糖保健食品原料。
欧盟2013年536号法规在关于食品营养及健康声明的陈述中, 确认阿尔法环糊精经过科学证明具有调节血糖的功效“食用含有阿尔法环糊精的含淀粉餐食能够在餐后降低血糖的上升幅度”,如果注明一餐分量的食品中每50克淀粉至少含有5克阿尔法环糊精, 生产商便允许在包装上标示产品具有降血糖功效。                             

          3)减肥

          α-环糊精能包结多余的脂肪(特别是动物脂肪)并排出体外,还可以抑制糖的吸收,达到减轻体重和减肥的效果。其减肥功效在美国广受欢迎和好评,在日本也逐步被接受和认可。                                   

          4)提高添加剂的稳定性

        α-环糊精与维生素E、天然色素(β-胡萝卜素、叶绿素等)、食用香精(如玫瑰油、茴香脑等)等添加剂复配使用,可提高添加剂的稳定性,便于长期贮存或在食品中保持。   
                                                                       

         5)特异臭味的消除与掩盖

         生鱼、咸鱼等海味加工品、羊肉和其他肉类、内脏、加工奶制品、大豆制品等环糊精处理,都能排除臭气,保持和佳化产品风味。                               

         6) 在日化工业上也有广泛的应用

         在化妆品制造中也可用环糊精作乳化剂及品质改良剂,提高原料在化妆品配方体系中的稳定化,使添加在化妆品中的活性成分更加稳定,使配置的乳液更加稳定,使添加在化妆品种的挥发物质稳定,提高亲脂性物质在化妆品中的溶解度;此外,α-环糊精具有脱臭(如除口臭)与防腐作用,可用于牙膏、牙粉的制造。

      α-环糊精的生产现状

         α-环糊精由于生产难度大、价格贵,其用量大大受到限制。2012年卫生部批准α-环糊精可以作为食品添加剂使用,因此国内市场处于起步阶段,而国内目前专业生产环糊精及其衍生物的生产商不多,价格80-650元/kg不等,总体而言,α-环糊精价格仍然比较昂贵。
基于以上市场需求及生产现状,南京先进生物技术和生命科学研究院开发了一套利用酶法催化淀粉生产α-环糊精的生产技术,可以生产高纯度(> 95%)的α-环糊精,且底物转化率高达60%。该技术极大的降低了α-环糊精的生产成本,有利于α-环糊精的市场推广和应用。