β-環(huán)糊精的應(yīng)用進(jìn)展研究

陳炎釗

(紹興文理學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院， 浙江 紹興 312000)

環(huán)糊精(CD)是由多個(gè)D(+)-葡萄糖單元通過α-1,4-糖苷鍵首尾相連而成的環(huán)狀化合物，通常含有6-12個(gè)D-吡喃葡萄糖單元，常見的環(huán)糊精有α-CD，β-CD和γ-CD[1]。環(huán)糊精的分子結(jié)構(gòu)是一種具有內(nèi)疏水、外親水的錐形圓筒狀分子，因而可以改變客體分子的溶解度、揮發(fā)性和化學(xué)性能等理化性質(zhì)。

β-環(huán)糊精是一種無臭、無毒的白色結(jié)晶粉末，是由7個(gè)吡喃型葡萄糖分子組成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)化合物，由于其特殊的筒狀結(jié)構(gòu)，它可以與多種無機(jī)、有機(jī)分子結(jié)合成主客體包絡(luò)物。β-CD作為改良劑、穩(wěn)定劑、吸附劑、賦形劑、催化劑等，同時(shí)因?yàn)樗姆肿涌锥创笮∵m中，生產(chǎn)成本較低，從而廣泛應(yīng)用于環(huán)保、農(nóng)藥、食品、化妝品、醫(yī)藥等領(lǐng)域[2]。

1 β-環(huán)糊精的應(yīng)用

1.1 β-環(huán)糊精在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用

(1)吸附環(huán)境污染物，β-環(huán)糊精單元通過包結(jié)絡(luò)合作用將環(huán)境污染物包結(jié)富集，同時(shí)借助載體的易回收特性，將環(huán)境污染物從環(huán)境中脫除。目前，固載化β-環(huán)糊精包結(jié)吸附環(huán)境污染物的載體主要包括：無機(jī)材料、有機(jī)合成高分子材料和天然產(chǎn)物高分子材料[1]。

(2)油污吸附劑，去污劑中含有β-CD的去污能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于不含β-CD的去污能力，并且含有β-CD的去污劑重復(fù)使用率更高，至少有6次[1]。

(3)污水處理，利用β-CD對(duì)染料分子的包絡(luò)作用可以很好地解決由于印染廢水排放造成的環(huán)境污染[3]。

1.2 β-環(huán)糊精在農(nóng)藥領(lǐng)域的應(yīng)用

(1)作為農(nóng)藥制劑中的助劑，因?yàn)槠洹皟?nèi)疏水、外親水”的特殊分子結(jié)構(gòu)，所以它可用做農(nóng)藥制劑中的增溶劑，主要是β-CD與農(nóng)藥形成包合物，大大降低了農(nóng)藥在水中的溶解度，并且提高了農(nóng)藥的溶出速率和穩(wěn)定性[4]。

(2)農(nóng)藥污染物的治理，β-CD可以將吸附在土壤上的除草劑進(jìn)行脫附并加以水解或光解，以此來修復(fù)被污染的土壤，除此之外，利用β-CD的包合作用與農(nóng)藥形成包合物可以減弱土壤中有機(jī)物的生物毒性，從而達(dá)到土壤改性的目的[3]。

(3)農(nóng)藥殘留的檢測(cè)，將β-CD應(yīng)用于熒光分析法中檢測(cè)農(nóng)藥殘留量，明顯增加了檢測(cè)的準(zhǔn)確性[3]。

1.3 β-環(huán)糊精在食品領(lǐng)域的應(yīng)用

β-環(huán)糊精是高度安全的物質(zhì)，因此對(duì)人體無任何毒害作用，所以可以應(yīng)用于食品領(lǐng)域，并且近年來在食品工業(yè)中發(fā)展迅速。主要有以下作用：防止食品中香辛料或其他揮發(fā)性物質(zhì)大的揮發(fā)，保護(hù)天然色素；排除食品異味，脫除食品中的有害物質(zhì)；改善食品的組織結(jié)構(gòu)；抗氧化，光和熱分解[5]。應(yīng)用于：

(1)脫除食品中膽固醇，β-環(huán)糊精包合法可除去乳制品中的膽固醇；

(2)作為食品包裝材料和蔬菜保鮮防腐，β-環(huán)糊精可以包埋殺菌劑從而作為食品包裝材料；

(3)風(fēng)味和香氣物質(zhì)的載體，β-環(huán)糊精是風(fēng)味物質(zhì)和香氣物質(zhì)的理想載體；

(4)增加油水乳濁液的穩(wěn)定性，β-環(huán)糊精與調(diào)味料混合，增加乳濁液的穩(wěn)定性；

(5)延長(zhǎng)保存期，去除異味，加入茶中掩蓋茶味，延長(zhǎng)貨架期[6]。

1.4 β-環(huán)糊精在化妝品領(lǐng)域的應(yīng)用

β-環(huán)糊精因?yàn)槠淞己玫娜芙庑钥捎糜诨瘖y品產(chǎn)品中，具體作用如下：

(1)替代表面活性劑起乳化作用，其流動(dòng)性好，刺激性小，延展性好，生產(chǎn)時(shí)的各項(xiàng)要求比表面活性劑要求少；

(2)包接絡(luò)合物，延長(zhǎng)產(chǎn)品儲(chǔ)存期，減少產(chǎn)品刺激性；

(3)具有脫臭，殺菌作用，含有β-環(huán)糊精的化妝品可用于消除身體異味；

(4)用于燙發(fā)，染發(fā)產(chǎn)品，此種產(chǎn)品無臭味，刺激性小，并且燙發(fā)后可以保留較長(zhǎng)時(shí)間[7]。

1.5 β-環(huán)糊精在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用

1.5.1 β-CD在藥劑學(xué)上的應(yīng)用：

β-CD是環(huán)形結(jié)構(gòu)的淀粉衍生物，不會(huì)影響藥物在血夜中的代謝和排出，物性改變的β-CD可用于直接壓片，具有良好的流動(dòng)性和可壓性，近年來環(huán)糊精包合物逐漸廣泛應(yīng)用于藥劑學(xué)[8]。

(1)增加藥物穩(wěn)定性，β-CD將藥物分子分離并包合在CD空腔中，從而避免藥物分子因受外部攻擊性分子的攻擊而發(fā)生水解、酶解、氧化、聚合及異構(gòu)化等，使得藥物穩(wěn)定性大大提高；

(2)增加難溶性藥物的水溶性，許多藥物具有強(qiáng)烈的疏水性，但與環(huán)糊精包合后，由于藥物分子與環(huán)糊精的相互作用以及藥物的結(jié)晶度在包合物中減少的緣故，使得藥物的溶解度和溶出速率增加；

(3)提高藥物生物利用度，用β-CD包合的藥物具有溶解速度快、釋放快，并且可以有效增加生物體對(duì)藥物的吸收，有利于提高藥物生物利用度；

(4)降低藥物的毒副作用，藥物與β-CD包合后，毒副作用可以明顯減少。

1.5.2 β-CD在藥物制劑上的應(yīng)用

β-環(huán)糊精因?yàn)槠?內(nèi)疏水，外親水"的特點(diǎn)，可與藥物及各種有機(jī)化合物形成包合物，從而在藥物制劑的應(yīng)用中有多種作用[9]。

(1)增加藥物的穩(wěn)定性，藥物與β-CD形成包合物后對(duì)熱、光和氧有極大的穩(wěn)定性。

(2)增加藥物的溶解度和溶出速率，增加藥物的生物利用度。

(3)降低藥物的刺激性和毒副作用。

(4)調(diào)節(jié)給藥速率。

(5)環(huán)糊精超分子聚合物載體[9]。

1.5.3 β-CD在中藥制劑學(xué)中的應(yīng)用

β-CD在人體胃中不易分解，在腸道中受消化酶及腸道微生物的作用先斷鏈再開環(huán)形成低聚糖，是一個(gè)理想載體，故作為一種新型藥劑輔料廣泛應(yīng)用于中藥學(xué)領(lǐng)域[11]。

(1)防止揮發(fā)性成分的揮發(fā)、增加藥物的穩(wěn)定性。

(2)增加藥物的溶解度及生物利用度。

(3)掩蓋不良?xì)馕?，減少或消除藥物的毒性。

(4)使液體藥物固體化，便于制劑制備。

(5)作為緩釋和靶向制劑的載體。

1.6 β-環(huán)糊精在軟飲料領(lǐng)域的應(yīng)用

具體應(yīng)用有以下方面[12]：

(1)去除飲料中的不良成分；

(2)保護(hù)原料中的敏感物質(zhì)和易揮發(fā)性組分；

(3)在固體飲料中作包埋劑和粉末化基劑；

(4)用于生產(chǎn)高香優(yōu)質(zhì)的速溶茶；

(5)用作飲料廢水處理劑。

2 總結(jié)與展望

β-環(huán)糊精由于其特殊的分子結(jié)構(gòu)以及優(yōu)良的理化性質(zhì)，使得其廣泛應(yīng)用于環(huán)保、農(nóng)藥、食品、化妝品、醫(yī)藥等多個(gè)領(lǐng)域，并且現(xiàn)在已經(jīng)涵蓋了生活的許多方面科學(xué)如藥物分析、生物分析、化學(xué)分析域當(dāng)中[13]，同時(shí)在對(duì)應(yīng)異構(gòu)體和異構(gòu)體分離方面也有相關(guān)應(yīng)用[14]，研究者們不斷創(chuàng)新，使得β-CD的應(yīng)用價(jià)值不斷優(yōu)化；而在有些研究領(lǐng)域當(dāng)中，研究者們各執(zhí)一詞，觀點(diǎn)矛盾較大，還需要進(jìn)一步完善基礎(chǔ)理論；還有一些研究領(lǐng)域在研究過程中因研究技術(shù)所限而舉足不前[14]，簡(jiǎn)言之，β-環(huán)糊精的應(yīng)用領(lǐng)域極為廣闊，有待于研究者們一一挖掘和突破。

在今后的β-環(huán)糊精應(yīng)用研究中，可以將研究重點(diǎn)放在以下幾個(gè)方面：①β-環(huán)糊精應(yīng)用于藥劑學(xué)中對(duì)中藥新劑型、新品種的開發(fā)研制；②β-環(huán)糊精在非熱門研究領(lǐng)域的研究；③β-環(huán)糊精在對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)控制和影響方面的研究；④如何高效回收加入系統(tǒng)的β-環(huán)糊精。

[1] 康 瓊，王蘭英，黃怡.β-環(huán)糊精及其衍生物的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].咸陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)， 2013，28(2):46-48.

[2] 趙永亮，管景帥，溫金娥,等.β-環(huán)糊精研究及應(yīng)用進(jìn)展[J].河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2014，35(6)：97-102.

[3] 廖才智.β-環(huán)糊精的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].化工科技，2010,18(5),69-72.

[4] 張曉光，劉潔翔，范志金，等.環(huán)糊精及其衍生物在農(nóng)藥領(lǐng)域應(yīng)用的研究進(jìn)展[J].農(nóng)藥學(xué)學(xué)報(bào)，2009,11(3)，291-297.

[5] 余 靜，白珍明.β-環(huán)糊精及衍生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)食品添加劑實(shí)驗(yàn)研究，2008，18(6)：1006-2153.

[6] 劉志敏.β-環(huán)糊精在食品工業(yè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].河南職技師院學(xué)報(bào)，1999，27 (2)：357-361.

[7] Xia Daohong，Jiang Shengjuan，Li Lantao，et al. The biomimetic catalytic synthesis of acetal compouds usingβ-cyclodextrin as catalyst[J]．Chinese Journal of Chemical Engineering，2016，24：140-150.

[8] 曹 毅，王成永.β-環(huán)糊精在藥劑學(xué)中的應(yīng)用與研究[J].亞太傳統(tǒng)醫(yī)藥，2011，7(3)：97-101.

[9] 李春艷.淺論β-環(huán)糊精在藥物制劑中的應(yīng)用[J].北大湖中心衛(wèi)生院藥劑科， 2012，53(2)：1671-8194.

[10] 王彥竹，宋麗明，張赫然，等.β-環(huán)糊精及其衍生物在藥學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)展[J].2014， 53(25)：1001-1006.

[11] 劉友平，秦春梅，耶丹.β-環(huán)糊精包合物在中藥學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)展[J].中草藥， 2003，34(7)：235-239.

[12] 鄒連生.β-環(huán)糊精的開發(fā)現(xiàn)狀及其在軟飲料工業(yè)中的最新應(yīng)用[J].飲料工業(yè)， 1999，21(3)：247-250.

[13] Qingfu Zhu， Gerhard K E Scriba.Advances in the use of cyclodextrins as chiral selectorsin capillary electrokinetic chromatography:fundamentalsand applications[J].Chromatographia ,2016, 79:1403-1435.

[14] YI jianming ,TANG kuowen . Preparation of insoluble β-CD polymer and its application to enantiomers and isomers and isomers separation[J].J CENT SOUTH UNIV TECHNOLVol.8.No.1 March 2001,8(1):57-59.

[15] 趙永亮，管景帥, 溫金娥 ，等.β-環(huán)糊精研究及應(yīng)用進(jìn)展[J].河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2014，35(6)：97-102.