CN102943099A - 一种α-环糊精的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于化合物制备领域，提供了一种α-环糊精的制备方法，所述方法包括：将淀粉以10-15％的浓度调成浆，在80-90℃的条件下并搅拌10-15分钟；将pH值调为5-6之后，按照每克淀粉100～200单位的浓度加入CGT酶，加入体积为淀粉质量8-10％的正癸醇，反应5-6个小时；分离并回收所述正癸醇；设定温度为50-70℃，添加CGT酶并使总加酶量控制在每克淀粉300-450个，添入体积为淀粉质量15-20％的乙醇，充分反应10-12个小时；回收所述乙醇，采用结晶法可得到α-环糊精。本发明通过二次加醇法生产α-环糊精，流程简单、生产周期短、转化率高、得到的α-环糊精纯度高。

Description

一种α-环糊精的制备方法
技术领域
本发明属于化合物制备领域，尤其涉及一种α-环糊精的制备方法。
背景技术
环糊精(Cyclodextrin，简称CGT)是直链淀粉在由芽孢杆菌产生的环糊精葡萄糖基转移酶作用下生成的一系列环状低聚糖的总称，通常含有6-12个D-吡喃葡萄糖单元。其中研究得较多并且具有重要实际意义的是含有6、7、8个葡萄糖单元的分子，分别称为α-、β-和γ-环糊精。根据X-线晶体衍射、红外光谱和核磁共振波谱分析的结果，确定构成环糊精分子的每个D(+)-吡喃葡萄糖都是椅式构象。各葡萄糖单元均以1，4-糖苷键结合成环。由于连接葡萄糖单元的糖苷键不能自由旋转，环糊精不是圆筒状分子而是略呈锥形的圆环。其中，环糊精的伯羟基围成了锥形的小口，而其仲羟基围成了锥形的大口。
由于环糊精的外缘(Rim)亲水而内腔(Cavity)疏水，因而它能够像酶一样提供一个疏水的结合部位，作为主体(Host)包络各种适当的客体(Guest)，如有机分子、无机离子以及气体分子等。这种选择性的包络作用即通常所说的分子识别，其结果是形成主客体包络物(Host-Guest Complex)。环糊精是迄今所发现的类似于酶的理想宿主分子，并且其本身就有酶模型的特性。因此，在催化、分离、食品以及药物等领域中，环糊精受到了极大的重视和广泛应用。
α-环糊精(α-CGT)空腔直径略小于β-环糊精(β-CGT)，其溶解度是β-环糊精的8倍，相比β-环糊精，α-环糊精具有独特的性质和特有的用途，更适于包合具有低分子量的分子，可以用于分子的识别和纳米材料，并且是一种非常好的膳食纤维，在食品、医药等领域已显示出无可比拟的优越性。虽然市场已有大量的α-环糊精销售，但由于α-环糊精生产成本较高，导致α-环糊精价格昂贵。
生产α-环糊精的方法主要是化学法和生物法。由于α-环糊精的溶解度较大，所以化学法制备比较困难，而且会对环境造成较大污染，生物法目前被认为是极具应用潜力的方法。然而，有关生物法制备β-环糊精的报道较多，关于生物法制备α-环糊精的报道则较少。目前生物法生产α-环糊精主要问题在于：一、缺少优良菌种，市场上缺少高差率并且定向生产α-环糊精的环糊精葡萄糖基转移酶；二、缺少α-环糊精相应的生产工艺，针对α-环糊精在水中溶解度较高的问题，需要制定一套高效、经济的分离提取方法。
发明内容
本发明实施例提供了一种α-环糊精的制备方法，旨在解决现有技术中α-环糊精的生产效率低且成本高的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种α-环糊精的制备方法，所述方法包括以下步骤：
淀粉加蒸馏水调成浓度为10-15％的浆水，在60-95℃的条件下并搅拌10-15分钟；
将PH值调为5-6之后，按照每克淀粉150-200单位的量加入CGT酶、体积为淀粉质量8-10％的正癸醇，使其先反应5-6个小时；
分离并回收所述正癸醇；
设定温度为50-70℃，添加α-CGTase并使总加酶量控制在每克淀粉300-450个，添入体积为淀粉质量15-20％的乙醇，充分反应10-12个小时；
回收所述乙醇，采用结晶法得到α-环糊精。
本发明实施例通过二次加醇法生产α-环糊精，流程简单、生产周期短、转化率高、得到的α-环糊精纯度高。
附图说明
图1是本发明实施例提供的制备α-环糊精的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了本发明实施例提供的制备α-环糊精的方法流程，详述如下：
在步骤S101中，淀粉加蒸馏水调成浓度为10-15％的浆水，在60-95℃的条件下并搅拌10-15分钟；
在步骤S102中，将PH值调为5-6之后，按照每克淀粉150-200单位的量加入CGT酶、体积为淀粉质量8-10％的正癸醇，使其先反应5-6个小时；
CGT可以与多种有机物形成不溶于水的包络物，添加一定比例的有机溶剂可以连续地从反应系统中去除环糊精，改变反应的平衡，使其向着环糊精的生产方向不断行进，有利于环糊精生产，同时解除了环糊精本身的产物抑制作用。
在步骤S103中，分离并回收正癸醇；
在本发明的实施例中，回收正癸醇的方法具体包括：
1.用水蒸气蒸馏，使其从反应液中分离；
2.收集分离出的正癸醇。
在步骤S104中，设定温度为50-70℃，添加α-CGTase并使总加酶量控制在每克淀粉300-450个，添入体积为淀粉质量15-20％的乙醇，充分反应10-12个小时；
在步骤S105中，回收乙醇，采用结晶法得到α-环糊精。
两次分别添加不同的有机溶剂，两次回收有机溶剂，可以使环化反应更加活跃，从而提高淀粉的转化率。
在本发明的实施例中，回收乙醇的方法具体包括：
1.将反应液过滤收集滤饼，其中包括乙醇与α-环糊精形成的络合物沉淀以及没有反应的淀粉；
2.将滤饼重新复溶，然后采用减压蒸馏法去除乙醇。
正癸醇和乙醇都是比较理想和安全的有机溶剂，回收过程简单，得到的产品纯度高、杂质少，可用于食品和医药等行业。
在本发明的实施例中，结晶法具体包括：
1.待减压蒸馏去掉乙醇之后，过滤蒸馏液除去没有反应的淀粉，即可得到α-环糊精的水溶液；
2.将水溶液蒸发浓缩，在2-5℃低温中放置即可得到α-环糊精的结晶。
作为本发明的一个优选实施例，直接采用糊化的淀粉来生产环糊精，提高了CGT的转化率，淀粉主要是木薯淀粉、马铃薯淀粉或玉米淀粉。
实施例一：
1.按照15％的浓度将木薯淀粉和蒸馏水调和成浆，在85℃的条件下搅拌15分钟，使淀粉颗粒充分胀溶。
2.将PH值调为5，按照每克淀粉200个单位的比例加入CGT酶，然后加入体积占淀粉质量8％的正癸醇，反应6个小时。
3.用水蒸气蒸馏法分离出反应液中的正癸醇。
4.将温度调至50℃，再加入CGT酶，使比例达到每克淀粉400个单位；加入占淀粉体积20％的乙醇，然后反应10个小时。
5.将反应液直接过滤，收集滤饼，其中包括乙醇与α-CGT形成的络合物沉淀以及没有反应的淀粉；将滤饼重新复溶，采用减压蒸馏法除去乙醇，待蒸馏结束后，过滤蒸馏液除去没有反应的淀粉，即可得到α-CGT的水溶液；将水溶液蒸发浓缩，与2℃的低温环境中放置得到α-CGT的结晶。
结果观察：淀粉的总转化率达到73％，产品中α-CGT所占的比例高达86.7％，β-CGT占13.3％。
实施例二：
1、按照10％的浓度将木薯淀粉和蒸馏水调和成浆，在90℃的条件下搅拌20分钟，使淀粉颗粒充分胀溶。
2、将PH值调为5，按照每克淀粉150个单位的比例加入CGT酶，然后加入反应体积10％的正癸醇，反应6个小时。
3、采用水蒸气蒸馏法分离出正癸醇。
4、温度调到60℃，再加入CGT酶，使比例达到每克淀粉350个单位；加入乙醇，使其体积占淀粉质量的15％，然后反应12个小时。
5、将反应液过滤，收集滤饼，其中包括乙醇与α-CGT形成的络合物沉淀以及没有反应的淀粉；将滤饼重新复溶，采用减压蒸馏法除去乙醇，待蒸馏结束后，过滤蒸馏液除去没有反应的淀粉，即可得到α-CGT的水溶液；将水溶液蒸发浓缩，与2℃的低温环境中放置得到α-CGT的结晶。
结果观察：淀粉的总转化率达到73.8％，产品中α-CGT所占的比例高达87.2％，β-CGT占12.8％
实施例三：
1、按照13％的浓度将木薯淀粉和蒸馏水调和成浆，在90℃的条件下搅拌15分钟，使淀粉颗粒充分胀溶。
2、将PH值调为5，按照每克淀粉150个单位的比例加入CGT酶，然后加入反应体积8％的正癸醇，反应5个小时。
3、用水蒸气蒸馏法分离出正癸醇。
4、把温度降到50℃，再加入CGT酶，使比例达到每克淀粉400个单位；加入乙醇，使其体积达到淀粉质量的15％，然后反应10个小时。
5、将反应液过滤，收集滤饼，其中包括乙醇与α-CGT形成的络合物沉淀以及没有反应的淀粉；将滤饼重新复溶，采用减压蒸馏法除去乙醇，待蒸馏结束后，过滤蒸馏液除去没有反应的淀粉，即可得到α-CGT的水溶液；将水溶液蒸发浓缩，与3℃的低温环境中放置得到α-CGT的结晶。
结果观察：淀粉的总转化率达到71.5％，产品中α-CGT所占的比例高达87.7％，β-CGT占12.3％。
本发明实施例通过二次加醇法生产α-环糊精，流程简单、生产周期短、转化率高、得到的α-环糊精纯度高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种α-环糊精的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
淀粉加蒸馏水调成浓度为10-15％的浆水，在60-95℃的条件下并搅拌10-15分钟；
将PH值调为5-6之后，按照每克淀粉150-200单位的量加入CGT酶、体积为淀粉质量8-10％的正癸醇，使其先反应5-6个小时；
分离并回收所述正癸醇；
设定温度为50-70℃，添加α-CGTase并使总加酶量控制在每克淀粉300-450个，添入体积为淀粉质量15-20％的乙醇，充分反应10-12个小时；
回收所述乙醇，采用结晶法得到α-环糊精。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述回收正癸醇的方法具体包括：
用水蒸气蒸馏，使其从反应液中分离；
收集分离出的正癸醇。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述回收乙醇的方法具体包括：
将反应液过滤收集滤饼，其中包括乙醇与α-环糊精形成的络合物沉淀以及没有反应的淀粉；
将所述滤饼重新复溶，然后采用减压蒸馏法去除乙醇。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述结晶法具体包括：
待减压蒸馏去掉乙醇之后，过滤蒸馏液除去没有反应的淀粉，即可得到α-环糊精的水溶液；
将所述水溶液蒸发浓缩，在2-5℃低温中放置即可得到α-环糊精的结晶。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述淀粉是木薯淀粉、马铃薯淀粉或玉米淀粉。
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