凈水處理劑-水性環(huán)糊精（一）

隨著生物技術(shù)的發(fā)展，P?環(huán)糊精的生產(chǎn)成本將進一步下降，產(chǎn)量迅速上升，為水溶性P?環(huán)糊精的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)提供了有利條件。隨著我國精細化學(xué)工業(yè)，水處理技術(shù)的迅猛發(fā)展，水溶性環(huán)糊精將得到廣泛應(yīng)用。

理化性能

環(huán)糊精簡稱CD,是由直鏈糊精兩端的葡萄糖分子以β-1,4糖苷連接而成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的麥芽低聚糖，是軟化芽孢杯菌作用于淀粉的產(chǎn)物。其最顯著的結(jié)構(gòu)特點是存在一個立體手性疏水空腔，其分子獨特的環(huán)狀空間結(jié)構(gòu)和極穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，它包括以6,7或8個葡萄糖分子組成的1-CD、2-CD或3-CD。分子結(jié)構(gòu)呈環(huán)形圓筒狀，不易受酶、酸、堿，熱等條件的作用而分解。CD內(nèi)部的空洞內(nèi)部有-CH-與葡萄糖甙結(jié)合的氧原子，呈疏水性。生產(chǎn)工藝環(huán)糊精是由淀粗經(jīng)環(huán)糊精葡萄糖轉(zhuǎn)移酶作用，形成由1-1,4糖苷鍵接而成的環(huán)形結(jié)構(gòu)的糊精，工業(yè)生產(chǎn)用軟化芽孢桿菌等菌株產(chǎn)生環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶，生成三種異構(gòu)體，其三種產(chǎn)物的生成比率因菌種和反應(yīng)條件的不同而不同，軟化芽孢桿菌的主產(chǎn)品為1-CD,嗜堿芽孢桿菌的主產(chǎn)物為2-CD。

環(huán)糊精是以淀粉為原料，經(jīng)糊化、液化、糖、酶作用轉(zhuǎn)化而生成的。生產(chǎn)方法有無溶媒法、乙醇法、有機物法、生物反應(yīng)器法（固定化酶生產(chǎn)），其各生產(chǎn)流程大同小異,以無溶媒法為例，隨著生物工程技術(shù)的發(fā)展，新工藝的不斷發(fā)展，將為CD產(chǎn)品的開發(fā)利用提供有利條件。

其生產(chǎn)過程是使玉米、馬鈴薯或其他種淀粉在鹽酸和1-淀粉酶，環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶液化淀粉，經(jīng)預(yù)水解，再用環(huán)糊精轉(zhuǎn)移酶發(fā)酵，生成三種產(chǎn)品的混合物。

用脫枝酶水解淀粉乳中支鏈淀粉分子1-1,6糖苷鍵以提高產(chǎn)率，并應(yīng)控制葡萄糖和麥芽糖的總含量，以免影響產(chǎn)率。工業(yè)生產(chǎn)可用有機絡(luò)合物來控制發(fā)酵，可生產(chǎn)單一品種的CD,且產(chǎn)率高。由于絡(luò)合物與一種環(huán)糊精生成不溶的絡(luò)合物，與反應(yīng)體系分離，促進平衡向生成這種CD的方向轉(zhuǎn)移，可提高產(chǎn)率。

關(guān)于環(huán)糊精的生產(chǎn)方法已有很多報道，但都為酶法生產(chǎn)，到目前為止還未見用化學(xué)合成的報道。催化淀粉水解成環(huán)糊精的CG-Tase是一種具有幾處催化功能的多糖類合成酶，可從多種微生物中分離得到，但目前常用于工業(yè)化生產(chǎn)的菌種一般只有嗜熱脂肪芽胞桿菌、嗜堿脂肪芽胞桿菌、軟化芽胞桿菌等少數(shù)幾種。

環(huán)糊精的生產(chǎn)過程通常包括以下幾個主要階段：菌種的篩選、培養(yǎng)，CGTase的制備、分離、純化與結(jié)晶。制備環(huán)糊精的底物原料包括玉米淀粉，馬鈴薯淀粉，木薯淀粉等，不同的原料環(huán)糊精的收率不等。

環(huán)糊精的化學(xué)反應(yīng)和酶反應(yīng)性質(zhì)與開鏈糊精有很大差別：環(huán)糊精只能被α-淀粉酶水解而不能被β-淀粉酶水解，而α-淀粉酶和β-淀粉酶均能水解開鏈糊精；無機酸能水解環(huán)糊精生成葡萄糖和一系列開鏈麥芽低聚糖，但水解第一個葡萄糖甙鍵使環(huán)形結(jié)構(gòu)開裂的速度較水解開鏈糊精慢，并且水解速度因溫度和酸度不同而發(fā)生改變。除此之外，環(huán)糊精還具有不同于直鏈糊精的特有性質(zhì)：環(huán)糊精分子呈環(huán)狀排列，既無還原端也無非還原端，沒有還原性；在堿性介質(zhì)中很穩(wěn)定，但強酸可以使之裂解；對酸及一般淀粉酶的耐受性比直鏈淀粉強：在水溶液及醇水溶液中，能很好地結(jié)晶；能與有機化合物形成包接復(fù)合物；可以在環(huán)糊精分子上交鏈許多官能團或?qū)h(huán)糊精交鏈于聚合物上，進行化學(xué)改性或者以環(huán)糊精為單體進行聚合。

環(huán)糊精是以淀粉為原料，經(jīng)糊化、液化、糖、酶作用轉(zhuǎn)化而生成的。目前，能用于生產(chǎn)環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶的細菌主要有軟腐芽孢桿、好堿性桿菌、環(huán)狀芽孢桿菌等。環(huán)糊精的生產(chǎn)方法有無溶媒法、乙醇法、有機物法、生物反應(yīng)器法（固定化酶生產(chǎn)），其各生產(chǎn)流程大同小異，隨著生物工程技術(shù)的發(fā)展，新工藝的不斷發(fā)展，將為CD產(chǎn)品的開發(fā)利用提供有利條件。

采用封閉式生產(chǎn)新工藝的轉(zhuǎn)化率為75%。2-CD的化學(xué)修飾可采用不同的修飾劑，最好用環(huán)氧丙烷，其與2-CD的反應(yīng)產(chǎn)物是羥丙基2-CD,在水中的溶解性好，包接力強，且環(huán)氧丙烷的反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)速度快，其生產(chǎn)安全，價格低廉，易于進行大規(guī)模生產(chǎn)。反應(yīng)使用稀堿溶液，主要生成產(chǎn)物是2-位取代物，其醚化反應(yīng)在堿性條件下進行，經(jīng)鹽酸中和后成鹽，其分飼加入乙醇以降低鹽的溶解度，但生產(chǎn)成本較高，最好的辦法是用高分子膜分離，反應(yīng)一步完成，且純度高。

甲基化的β-環(huán)糊精，將葡萄糖環(huán)上的-OH基部分轉(zhuǎn)化為一OCH,基（即醚化），不但可以大幅度地增加它的水溶性，而且包結(jié)能力也有很大提高。

β-環(huán)糊精筒外共有21個一0H基，但在水中溶解度卻很小，究其原因是因為其一0H基形成相當(dāng)穩(wěn)定的分子內(nèi)氫鍵，減弱了與周圍H,O分子的作用，通過化學(xué)修飾方法，破環(huán)β-環(huán)糊精分子內(nèi)氫鍵，就可能提高它的溶解度。

碳酸乙烯酯與環(huán)糊精進行反應(yīng)。濕法反應(yīng)時間較長，但產(chǎn)品取代基分布較集中；是目前廣泛使用的方法。按所使用醚化劑的不同、醚化有以下幾種方法，經(jīng)反應(yīng)可制得經(jīng)乙基β-環(huán)糊精。使用碳酸乙烯酯作修飾劑的優(yōu)點是它本身無毒，沒有爆炸的危險（與環(huán)氧乙烷相比），可使用干法，即反應(yīng)在無水條件下進行。碳酸乙烯酯既是修飾劑又是溶劑，通過控制反應(yīng)溫度和時間可獲得不同取代度的產(chǎn)品。反應(yīng)條件溫和，易控制。該法的惟一不足是碳酸乙烯酯價格較高，目前只有美國玉米公司采用此法。

環(huán)氧丙烷是目前使用最多的修飾劑，它與β-環(huán)糊精反應(yīng)生成的(2-羥基）丙基β-環(huán)糊精（簡稱HPBCD),不僅在水中的溶解度顯著提高，而且包結(jié)能力也有很大改善。環(huán)氧丙烷修飾劑的優(yōu)越性在于反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)速度快。修飾產(chǎn)物包結(jié)力強，而且其價格低廉，有利于規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。因此，以環(huán)氧丙烷為修飾劑，是生產(chǎn)水溶性β-環(huán)糊精最具現(xiàn)實意義的合成路線。