北京专治皮肤科医院 http://m.39.net/news/a_9059504.html江南大学食品科学与技术国家重点实验室HaoWu（第一作者），柏玉香副研究员（通讯作者）等在国际期刊《CarbohydratePolymers》（IF：9.38，中科院一区）上发表了题为“Improvedproductionofgamma-cyclodextrinfromhigh-concentratedstarchusingenzymepretreatmentunderswellingcondition”的研究论文。
环糊精（CDs）是由α-1,4糖苷键连接的D-吡喃葡萄糖单元组成的环状低聚糖。α、β和γ-CDs在食品、化妆品、医药、农药和纺织品等许多领域显示出优异的功能特性。在这三种CDs中，γ-CD具有最大的空腔、最佳的溶解性和最高的安全性。然而，酶制备和纯化技术的高成本限制了γ-CD的大规模生产。据报道，α、β和γ-CD分别占全球CD产量的15%、70%和5%。低产量和优异的性能导致了γ-CD的价格较高。γ-CD的高附加值推动了目前对γ-CD制备工艺的研究以提高转化率。目前，γ-CD主要通过环糊精葡萄糖基转移酶（cyclodextringlucosyltransferase，CGTase，EC2.4.1.19）对淀粉的处理获得。不同来源如木薯、玉米和马铃薯的淀粉是生产γ-CD的主要基质。
大规模生产CD的过程包括高浓度淀粉的液化预处理、添加络合剂和CGTase进行生物转化、分离CD络合物、去除络合剂和最终产品纯化。高浓度淀粉的预处理是一个重要的步骤。在CD生产中，α-淀粉酶和CGTase广泛被应用于淀粉的预处理。α-淀粉酶可以将淀粉转化为麦芽糖或其他难以被CGTase利用的低聚糖。然而，CGTase预处理产生的小分子主要是CDs。因此，使用CGTase进行预处理可以提高CDs的产率。酶法预处理已被广泛应用于淀粉工业中进行高浓度转化以降低淀粉的高粘度。通常，预处理是在高温糊化条件下进行的，并已成功应用于淀粉液化。然而，一些有价值的淀粉活性酶，如催化形成γ-CD的γ-CGTase，不耐高温。例如，来自Bacillusclarkia、Bacillussp.G--6和Bacillussp.FJAT-的γ-CGTase的最适温度分别为60、55和50℃。因此，在非糊化条件下寻找一种有效的预处理方法是非常重要的。迄今为止，研究人员已在温和的条件下进行了一些尝试，例如探讨了在50℃左右添加CGTase及其对淀粉结构的影响。玉米淀粉在65℃下进行热处理1h，然后直接与添加的β-CGTase反应24h生产CDs。然而，这些反应的效率很低，使用的淀粉浓度小于10%。因此，利用嗜中温γ-CGTase和较高浓度的淀粉生产γ-CD的方法有待进一步探索，以及γ-CGTase在预处理过程中的作用机制有待阐明。
为了将嗜中温γ-CGTase应用于高浓度淀粉的预处理，研究人员曾探索了不同的预处理工艺。在第一种方法中，研究人员曾将CGTase添加到淀粉浆中，并将温度升高至约90℃使淀粉完全糊化和液化。在另一种方法中，在50℃左右加入CGTase并反应一段时间。然而，这两种方法可能不适用于最适温度为50℃的γ-CGTase。因此，研究人员曾探索第三种预处理方法—适度的热处理结合酶处理。据报道，热处理后，α-淀粉酶和颗粒淀粉水解酶对淀粉的活性被显著提高。与其他淀粉相比，木薯淀粉具有更大的膨胀体积。据报道，木薯淀粉颗粒在70℃热处理后膨胀并相互连接。在这个改善的过程中，淀粉通过适度的热处理发生膨胀，然后在γ-CGTase最佳温度下加入γ-CGTase。这避免了在将温度升高至糊化温度后将γ-CGTase暴露于失活温度。当木薯淀粉处于膨胀状态时，直链淀粉渗出形成一个直链淀粉凝胶网络。γ-CGTase可与这些浸出的直链淀粉分子链发生反应。此外，木薯淀粉颗粒在溶胀后的比表面积增加，γ-CGTase更有可能与淀粉颗粒的外分子链发生反应。该研究的目的是在不受抑制的情况下，用嗜中温γ-CGTase将30%w/v的木薯淀粉转化为γ-CD。通过对预处理木薯淀粉的颗粒形态、分子结构和产物组成的分析来揭示γ-CGTase在淀粉液化中的作用模式。此外，对液化木薯淀粉进行CD转化来探讨预处理工艺与CD产量的关系。
该研究为了将最适温度为50℃的γ-CGTase应用于10%w/v木薯淀粉的液化，研究人员建立了适度热处理（30℃增加到70℃）与酶处理相结合的改进工艺。经预处理后，底物粘度从降至23?cP，γ-CD的生产率由10.43%提高到26.34%。该研究揭示了预处理期间淀粉结构的变化和γ-CGTase对木薯淀粉的作用模式。适度的热处理形成与粘度有关的一个直链淀粉凝胶网络，而γ-CGTase破坏这种结构。结果显示1U/gγ-CGTase能够液化底物。将该工艺进一步应用于30%w/v木薯淀粉的液化，最终将预处理后的底物转化为21.81%的γ-CD。总的来说，该研究建立了淀粉预处理的评价指标和基本原则，为γ-CD的生产提供了参考。原文链接：
