Циклодекстри́ны — углеводы, циклические олигомеры глюкозы, получаемые ферментативным путём из крахмала.
В составе циклодекстринов остатки D-(+)-глюкопиранозы объединены в макроциклы α-D-1,4-гликозидными связями. По свойствам циклодекстрины резко отличаются от обычных (линейных) декстринов. Иногда циклодекстрины называют циклоамилозами, цикломальтоолигосахаридами, цикломальтодекстринами. Историческое название: кристаллические декстрины Шардингера.
История изучения
Впервые циклодекстрины были обнаружены М. Вилльером (М. А. Villiers) в 1891 г., исследовавшим продукты метаболизма бактерий Clostridium butyricum, и давшим первое описание этих кристаллических углеводов под названием «целлюлозин» (cellulosine). Наибольший вклад в исследование циклодекстринов внёс позднее (1903—1911 гг.) Ф. Шардингер (F. Schardinger), в честь которого они длительное время назывались декстринами Шардингера.
Структура и свойства
Все циклодекстрины представляют собой белые кристаллические порошки, нетоксичные, практически не имеющие вкуса. Внешне — это белые кристаллические и аморфные субстанции. Количество кристаллизационной воды варьирует от 1 до 18 % в зависимости от методов сушки и приготовления препарата.
Циклодекстрины различают по количеству остатков глюкозы, содержащихся в одной их молекуле. Так простейший представитель — α-циклодекстрин — состоит из 6 глюкопиранозных звеньев. β-циклодекстрин содержит 7, а γ-циклодекстрин — 8 звеньев. Именно эти три типа наиболее распространены и исследованы. Циклодекстрин, молекулы которого состоят из 5 глюкопиранозных звеньев, ферментативными методами до сих пор не синтезирован.
При трансформации крахмала в циклодекстрины с помощью микробного фермента циклодекстринглюканотрансферазы (ЦГТазы, КФ 2.4.1.19) также образуются циклические сахара, имеющие девять, десять, одиннадцать и более (до 30—60) остатков глюкозы в цикле и обозначаемые соответствующими буквами греческого алфавита σ, ε, ζ, η, θ и т. д. Это так называемые крупнокольцевые (large-ring) циклодекстрины.
В нижеприведённой таблице — основные свойства циклодекстринов:
| Свойство | α-циклодекстрин | β-циклодекстрин | γ-циклодекстрин |
|---|---|---|---|
| Число остатков глюкозы в макроцикле | 6 | 7 | 8 |
| Молекулярный вес, Да | 972,85 | 1134,99 | 1297,14 |
| Внешний диаметр тора, Å | 13,7 | 15,3 | 16,9 |
| Внутренний диаметр полости тора, Å | 5,2 | 6,6 | 8,4 |
| Высота тора, Å | 7,8 | 7,8 | 7,8 |
| Объём внутренней полости, ų | 174 | 262 | 472 |
| Физический объём полости в навеске 1г ЦД, мл: | 0,1 | 0,14 | 0,2 |
| Частичный молярный объём в растворах, мл*моль−1 | 611,4 | 703,8 | 801,2 |
| Растворимость в воде при 25 °C, г/100 мл | 14,5 | 1,85 | 23,2 |
| Температура разложения, °С | 278 | 299 | 267 |
Образование клатратов
Форма молекул циклодекстринов в грубом приближении представляет собой тор, также напоминающий полый усечённый конус. Данная форма стабилизирована водородными связями между OH-группами, а также α-D-1,4-гликозидными связями. Все ОН-группы в циклодекстринах находятся на внешней поверхности молекулы. Поэтому внутренняя полость циклодекстринов является гидрофобной и способна образовывать в водных растворах комплексы включения с другими молекулами органической и неорганической природы. В комплексах включения кольцо циклодекстрина является «молекулой хозяином», включённое вещество называют «гостем».
Комплексы включения в воде диссоциируют на циклодекстрин и исходное вещество, проявляя основные свойства последнего. При нагревании выше 50—60 °C комплексы обычно распадаются полностью и обычно восстанавливают свою структуру при охлаждении.
В процессе образования комплексов меняются многие исходные свойства включаемых соединений. Нерастворимые в воде вещества, приобретают большую растворимость, становятся стабильными в процессах окисления и гидролиза, меняют вкус, цвет и запах. Из жидкостей и даже некоторых благородных газов могут быть получены порошкообразные соединения, из маслообразных веществ — полностью растворимые в воде препараты (например, жирорастворимые витамины).
Применение
Благодаря своим свойствам циклодекстрины широко применяются в пищевых технологиях, фармацевтике, косметике, биотехнологии, аналитической химии, имеют хорошие перспективы использования в текстильной промышленности, в процессах очистки воды и даже в добыче нефти.
Бета-циклодекстрин зарегистрирован в качестве пищевой добавки E459.
В настоящее время циклодекстрины доступны по низким ценам, их мировое производство оценивается в объёмах десятков тысяч тонн.
Благодаря своей способности абсорбировать этиловый спирт (до 60% от собственной массы), циклодекстрины используются как основа для создания порошкообразных растворимых алкогольных напитков.[1]
Циклодекстрины способны увеличивать растворимость малорастворимых лекарств в воде, а также усиливать проникновение лекарств через биологические мембраны.[2]
Примечания
- ↑ Alcohol powder - Wikipedia, the free encyclopedia
- ↑ Peter W. J. Morrison, Che J. Connon, Vitaliy V. Khutoryanskiy. Cyclodextrin-Mediated Enhancement of Riboflavin Solubility and Corneal Permeability // Molecular Pharmaceutics. — 2013-02-04. — Т. 10, вып. 2. — С. 756–762. — ISSN 1543-8384. — DOI:10.1021/mp3005963.
 | Для улучшения этой статьи желательно: |
Литература
- Cyclodextrins. Preparation and Application in Industry Edited By: Zhengyu Jin https://doi.org/10.1142/10701
- Coisne, C., Tilloy, S., Monflier, E., Wils, D., Fenart, L., & Gosselet, F. (2016). Cyclodextrins as Emerging Therapeutic Tools in the Treatment of Cholesterol-Associated Vascular and Neurodegenerative Diseases. Molecules, 21(12), 1748. DOI:10.3390/molecules21121748
- Yao, J., Ho, D., Calingasan, N. Y., Pipalia, N. H., Lin, M. T., & Beal, M. F. (2012). Neuroprotection by cyclodextrin in cell and mouse models of Alzheimer disease. The Journal of experimental medicine, 209(13), 2501-2513. DOI:10.1084/jem.20121239
- Sebastian Zimmer, Alena Grebe, Siril S. Bakke et al., and Eicke Latz (2016). Cyclodextrin promotes atherosclerosis regression via macrophage reprogramming. Science Translational Medicine: 8(333), 333ra50 DOI:10.1126/scitranslmed.aad6100
- Mistry, R. H., Verkade, H. J., & Tietge, U. J. (2017). Absence of intestinal microbiota increases ß‐cyclodextrin stimulated reverse cholesterol transport. Molecular Nutrition & Food Research. DOI:10.1002/mnfr.201600674
- Crumling MA, Liu L, Thomas PV, Benson J, Kanicki A, Kabara L, et al. (2012) Hearing Loss and Hair Cell Death in Mice Given the Cholesterol-Chelating Agent Hydroxypropyl-β-Cyclodextrin. PLoS ONE 7(12): e53280. DOI:10.1371/journal.pone.0053280 Хотя циклодекстрин уменьшает накопление холестерина и липидов, что позволяет лечить болезнь Нимана-Пика типа С, болезнь Альцгеймера и атеросклероз, это лечение сопровождается отрицательным побочным эффектом в виде потери слуха
Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".
Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.
Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .