净水处理剂-水性环糊精（一）

随着生物技术的发展，P•环糊精的生产成本将进一步下降，产量迅速上升，为水溶性P•环糊精的大规模工业生产提供了有利条件。随着我国精细化学工业，水处理技术的迅猛发展，水溶性环糊精将得到广泛应用。

理化性能

环糊精简称CD,是由直链糊精两端的葡萄糖分子以β-1,4糖苷连接而成的环状结构的麦芽低聚糖，是软化芽孢杯菌作用于淀粉的产物。其最显著的结构特点是存在一个立体手性疏水空腔，其分子独特的环状空间结构和极稳定的化学性质，它包括以6,7或8个葡萄糖分子组成的1-CD、2-CD或3-CD。分子结构呈环形圆筒状，不易受酶、酸、碱，热等条件的作用而分解。CD内部的空洞内部有-CH-与葡萄糖甙结合的氧原子，呈疏水性。生产工艺环糊精是由淀粗经环糊精葡萄糖转移酶作用，形成由1-1,4糖苷键接而成的环形结构的糊精，工业生产用软化芽孢杆菌等菌株产生环糊精葡萄糖基转移酶，生成三种异构体，其三种产物的生成比率因菌种和反应条件的不同而不同，软化芽孢杆菌的主产品为1-CD,嗜碱芽孢杆菌的主产物为2-CD。

环糊精是以淀粉为原料，经糊化、液化、糖、酶作用转化而生成的。生产方法有无溶媒法、乙醇法、有机物法、生物反应器法（固定化酶生产），其各生产流程大同小异,以无溶媒法为例，随着生物工程技术的发展，新工艺的不断发展，将为CD产品的开发利用提供有利条件。

其生产过程是使玉米、马铃薯或其他种淀粉在盐酸和1-淀粉酶，环糊精葡萄糖基转移酶液化淀粉，经预水解，再用环糊精转移酶发酵，生成三种产品的混合物。

用脱枝酶水解淀粉乳中支链淀粉分子1-1,6糖苷键以提高产率，并应控制葡萄糖和麦芽糖的总含量，以免影响产率。工业生产可用有机络合物来控制发酵，可生产单一品种的CD,且产率高。由于络合物与一种环糊精生成不溶的络合物，与反应体系分离，促进平衡向生成这种CD的方向转移，可提高产率。

关于环糊精的生产方法已有很多报道，但都为酶法生产，到目前为止还未见用化学合成的报道。催化淀粉水解成环糊精的CG-Tase是一种具有几处催化功能的多糖类合成酶，可从多种微生物中分离得到，但目前常用于工业化生产的菌种一般只有嗜热脂肪芽胞杆菌、嗜碱脂肪芽胞杆菌、软化芽胞杆菌等少数几种。

环糊精的生产过程通常包括以下几个主要阶段：菌种的筛选、培养，CGTase的制备、分离、纯化与结晶。制备环糊精的底物原料包括玉米淀粉，马铃薯淀粉，木薯淀粉等，不同的原料环糊精的收率不等。

环糊精的化学反应和酶反应性质与开链糊精有很大差别：环糊精只能被α-淀粉酶水解而不能被β-淀粉酶水解，而α-淀粉酶和β-淀粉酶均能水解开链糊精；无机酸能水解环糊精生成葡萄糖和一系列开链麦芽低聚糖，但水解第一个葡萄糖甙键使环形结构开裂的速度较水解开链糊精慢，并且水解速度因温度和酸度不同而发生改变。除此之外，环糊精还具有不同于直链糊精的特有性质：环糊精分子呈环状排列，既无还原端也无非还原端，没有还原性；在碱性介质中很稳定，但强酸可以使之裂解；对酸及一般淀粉酶的耐受性比直链淀粉强：在水溶液及醇水溶液中，能很好地结晶；能与有机化合物形成包接复合物；可以在环糊精分子上交链许多官能团或将环糊精交链于聚合物上，进行化学改性或者以环糊精为单体进行聚合。

环糊精是以淀粉为原料，经糊化、液化、糖、酶作用转化而生成的。目前，能用于生产环糊精葡萄糖基转移酶的细菌主要有软腐芽孢杆、好碱性杆菌、环状芽孢杆菌等。环糊精的生产方法有无溶媒法、乙醇法、有机物法、生物反应器法（固定化酶生产），其各生产流程大同小异，随着生物工程技术的发展，新工艺的不断发展，将为CD产品的开发利用提供有利条件。

采用封闭式生产新工艺的转化率为75%。2-CD的化学修饰可采用不同的修饰剂，最好用环氧丙烷，其与2-CD的反应产物是羟丙基2-CD,在水中的溶解性好，包接力强，且环氧丙烷的反应条件温和，反应速度快，其生产安全，价格低廉，易于进行大规模生产。反应使用稀碱溶液，主要生成产物是2-位取代物，其醚化反应在碱性条件下进行，经盐酸中和后成盐，其分飼加入乙醇以降低盐的溶解度，但生产成本较高，最好的办法是用高分子膜分离，反应一步完成，且纯度高。

甲基化的β-环糊精，将葡萄糖环上的-OH基部分转化为一OCH,基（即醚化），不但可以大幅度地增加它的水溶性，而且包结能力也有很大提高。

β-环糊精筒外共有21个一0H基，但在水中溶解度却很小，究其原因是因为其一0H基形成相当稳定的分子内氢键，减弱了与周围H,O分子的作用，通过化学修饰方法，破环β-环糊精分子内氢键，就可能提高它的溶解度。

碳酸乙烯酯与环糊精进行反应。湿法反应时间较长，但产品取代基分布较集中；是目前广泛使用的方法。按所使用醚化剂的不同、醚化有以下几种方法，经反应可制得经乙基β-环糊精。使用碳酸乙烯酯作修饰剂的优点是它本身无毒，没有爆炸的危险（与环氧乙烷相比），可使用干法，即反应在无水条件下进行。碳酸乙烯酯既是修饰剂又是溶剂，通过控制反应温度和时间可获得不同取代度的产品。反应条件温和，易控制。该法的惟一不足是碳酸乙烯酯价格较高，目前只有美国玉米公司采用此法。

环氧丙烷是目前使用最多的修饰剂，它与β-环糊精反应生成的(2-羟基）丙基β-环糊精（简称HPBCD),不仅在水中的溶解度显著提高，而且包结能力也有很大改善。环氧丙烷修饰剂的优越性在于反应条件温和，反应速度快。修饰产物包结力强，而且其价格低廉，有利于规模工业生产。因此，以环氧丙烷为修饰剂，是生产水溶性β-环糊精最具现实意义的合成路线。