Zastosowanie cyklodekstryn w różnych dziedzinach przemysłu Jakub Matusiak (1), Elżbieta Grządka (1) (1) Zakład Radiochemii i Chemii Koloidów, Wydział Chemii, Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej, Pl. Marii Curie-Skłodowskiej 3, 20-031 Lublin Rozwój przemysłu i zwiększenie populacji ludzkości wpłynęły na wzrost zainteresowania nowymi substancjami posiadającymi niezwykłe właściwości. Do takich substancji niewątpliwie można zaliczyć cyklodekstryny inaczej nazywane cykloamylazami lub cyklomaltozami. Cyklodekstryny to krystaliczne i niehigroskopijne substancje zbudowane najczęściej z 6, 7 lub 8 podjednostek glukozy. Nazywa się je kolejno alfa, beta i gamma-cyklodekstrynami. Ze względu na to, że posiadają charakterystyczną toroidalną budowę posiadają właściwości inkludowania innych substancji we wnętrzu swojego pierścienia. Wielkość α-cyklodekstryna β-cyklodekstryna γ-cyklodekstryna Liczba podjednostek glukozy 6 7 8 Masa cząsteczkowa (g/mol) 972 1135 1297 Rozpuszczalność w wodzie (%, w/v) 14,5 1,85 23,2 Zewnętrzna średnica (Å) 14,6 15,4 17,5 Wewnętrzna średnica (Å) 4,7-5,7 6,0-7,8 7,5-9,5 Wysokość pierścienia (Å) 7,9 Objętość zagłębienia (Å3) 174 262 427 Alfa-cyklodekstryna (α-CD) zbudowana jest z sześciu podjednostek glukozy połączonych wiązaniem α-(1,4)-glikozydowym. Posiada ona najmniejszą wewnętrzną przestrzeń o szerokości ok. 0,5 nm. Ze względu na małą średnicę, wykorzystywana jest do tworzenia kompleksów z hydrofilowymi cząsteczkami organicznymi zbudowanymi z pięciu lub mniej atomów węgla, zwłaszcza do inkludowania cząsteczek gazów. Kapsułkowanie gazów wewnątrz nietoksycznych, biodegradowalnych i biokompatybilnych układów zbudowanych z różnego rodzaju cząsteczek np. α-CD znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle spożywczym i rolnym. Układy takie były wykorzystywane praktycznie w ogrodnictwie. Kapsułkowany etylen prowadził do szybszego dojrzewania owoców mango jak również szybszego kiełkowania pędów fasoli mung. Ponadto, układ zawierający dwutlenek węgla kapsułkowany wewnątrz α-CD wykorzystano do zwiększenia ilości tworzonej piany w gorących napojach takich jak cappuccino. Beta-cyklodekstryna (β-CD) zbudowana jest z siedmiu podjednostek glukozy połączonych wiązaniem 1,4-glikozydowym. Jest ona najczęściej wykorzystywanym typem cyklodekstryn, ze względu na niską cenę jak również odpowiednie właściwości sferyczne. Beta-cykldoekstryna jest najczęściej używanym typem cyklodekstryn i ze względu na to jest ona najlepiej zbadana pod względem toksyczności wobec organizmów ludzkich. Gamma-cyklodekstryna (γ-CD) zbudowana jest z ośmiu podjednostek glukozy połączonych wiązaniem 1,4‑glikozydowym i posiada ona największą wewnętrzną średnicę z trzech podstawowych typów cyklodekstryn. Cyklodekstryny znajdują największe zastosowanie poprzez swoją zdolność do tworzenia kompleksów inkluzyjnych. Tworzenie tych kompleksów inkluzyjnych opiera się na zasadzie zamykania cząsteczki „gościa” wewnątrz środkowej części pierścienia cyklodekstryn. Obserwuje się różnego rodzaju struktury kompleksów gość-gospodarz, a do najczęściej występujących należą kompleksy w stosunku stechiometrycznym 1:1, 2:1, 1:2 oraz 2:2 Stosowane są w przemyśle farmaceutycznym m.in. w celu zwiększenia rozpuszczalności słabo rozpuszczalnych substancji leczniczych oraz zwiększenia biodostępności leków. Ponadto, stosuje się je w celu zamaskowania gorzkiego smaku niektórych leków, jak również w celu zwiększenia trwałości formulacji leczniczych oraz zmniejszenie negatywnego wpływu czynników zewnętrznych takich jak światło, temperatura czy utlenianie. Oprócz przemysłu farmaceutycznego, cyklodekstryny znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle kosmetycznym. Stosowane są głównie w celu solubilizacji i stabilizacji substancji aktywnych, zwiększenia absorpcji tych substancji przez skórę oraz minimalizacji nieprzyjemnych zapachów składników kosmetycznych. Używane są również jako dodatek do żywności. Stosowane są w celu stabilizacji aromatów, eliminacji nieprzyjemnych i niepożądanych zapachów i smaków oraz usuwania niechcianych związków takich jak np. cholesterol. Ponadto, zastosowanie cyklodekstryn ma na celu m.in. ochronę składników odżywczych przed czynnikami środowiskowymi