Siklodekstrin

Siklodekstrin adalah keluarga oligosakarida siklik, yang terdiri dari cincin makrosiklik subunit glukosa yang dihubungkan oleh ikatan glikosidik α-1,4. Siklodekstrin diproduksi dari pati melalui konversi enzimatik. Siklodekstrin digunakan dalam industri makanan, farmasi, pengiriman obat, kimia, serta pertanian dan teknik lingkungan.

Siklodekstrin tersusun dari 5 atau lebih unit α-D-glukopiranosida yang dihubungkan 1 → 4, seperti pada amilosa (fragmen pati). Siklodekstrin yang umum mengandung sejumlah monomer glukosa yang berkisar antara enam hingga delapan unit dalam sebuah cincin, yang membentuk kerucut:
α (alfa)-siklodekstrin: 6 subunit glukosa
β (beta)-siklodekstrin: 7 subunit glukosa
γ (gama)-siklodekstrin: 8 subunit glukosa

Siklodekstrin yang paling besar dan terkarakterisasi dengan baik mengandung 32 unit 1,4-anhidroglukopiranosida. Campuran yang terkarakterisasi dengan buruk, yang mengandung sedikitnya 150 oligosakarida siklik juga diketahui.
Sejarah
jmpl|upright|Model pengisian ruang β-siklodekstrin.
Siklodekstrin disebut "selulosin" saat pertama kali dideskripsikan oleh A. Villiers pada tahun 1891. Segera setelah itu, F. Schardinger mengidentifikasi tiga siklodekstrin yang terdapat di alam: α, β, dan γ, yang disebut sebagai "gula Schardinger". Selama 25 tahun, antara tahun 1911 dan 1935, Hans Pringsheim di Jerman menjadi peneliti utama di bidang ini, yang menunjukkan bahwa siklodekstrin membentuk kompleks air yang stabil dengan banyak bahan kimia lainnya. Pada pertengahan tahun 1970-an, masing-masing siklodekstrin alami telah dikarakterisasi secara struktural dan kimia, dan lebih banyak kompleks telah dipelajari. Sejak tahun 1970-an, Szejtli dan yang lainnya telah melakukan penelitian ekstensif untuk mengeksplorasi enkapsulasi oleh siklodekstrin dan turunannya untuk aplikasi industri dan farmakologis.  Di antara proses yang digunakan untuk kompleksasi, proses pengadukan tampaknya menjadi salah satu yang terbaik.

Kegunaan
jmpl|β-Siklodekstrin
Penghantaran obat
Siklodekstrin merupakan bahan dalam lebih dari 30 obat yang telah disetujui. Dengan bagian dalam yang hidrofobik dan bagian luar yang hidrofilik, siklodekstrin membentuk kompleks dengan senyawa hidrofobik. Alfa-, beta-, dan gama-siklodekstrin secara umum diakui aman oleh FDA AS.; ;  Senyawa ini telah digunakan untuk penghantaran berbagai obat termasuk hidrokortison, prostaglandin, nitrogliserin, itrakonazol, dan kloramfenikol. Siklodekstrin memberikan kelarutan dan stabilitas pada obat-obatan ini. Senyawa inklusi siklodekstrin dengan molekul hidrofobik mampu menembus jaringan tubuh, sehingga dapat digunakan untuk melepaskan senyawa aktif biologis dalam kondisi tertentu. Dalam kebanyakan kasus, mekanisme degradasi terkendali dari kompleks tersebut didasarkan pada perubahan pH larutan air, yang menyebabkan hilangnya ikatan hidrogen atau ionik antara molekul inang dan molekul tamu. Cara alternatif untuk memecah kompleks memanfaatkan pemanasan atau aksi enzim yang mampu memecah ikatan α-1,4 antara monomer glukosa. Siklodekstrin juga terbukti meningkatkan penetrasi obat ke mukosa.

Kromatografi
β-siklodekstrin digunakan untuk menghasilkan media fase stasioner untuk pemisahan KCKT.

Lainnya
Siklodekstrin mengikat pewangi. Perangkat semacam ini mampu melepaskan pewangi saat dipanaskan seperti dengan menyetrika, memanaskan tubuh, atau menggunakan pengering. Aplikasi umum adalah "lembaran pengering" yang umum. Siklodekstrin juga merupakan bahan utama dalam Febreze, yang mengklaim bahwa β-siklodekstrin "menjebak" senyawa penyebab bau, sehingga mengurangi bau.

Siklodekstrin juga digunakan untuk menghasilkan bubuk alkohol dengan membungkus etanol. Bubuk tersebut menghasilkan minuman beralkohol saat dicampur dengan air, atau dapat juga diminum dalam bentuk pil. Disetujuinya alkohol bubuk oleh FDA pada tahun 2014 disambut dengan larangan dan reaksi keras di Amerika Serikat.

Struktur
jmpl|ka|150px|Struktur toroid γ-CD yang menunjukkan susunan spasial.
Siklodekstrin yang umum dibentuk oleh 6-8 unit glukopiranosida. Subunit-subunit ini dihubungkan oleh ikatan glikosidik 1,4. Siklodekstrin berbentuk toroidal, dengan bukaan toroid yang lebih besar dan lebih kecil, yang masing-masing memperlihatkan gugus hidroksil sekunder dan primer pelarut. Karena susunan ini, bagian dalam toroid jauh lebih sedikit bersifat hidrofilik daripada lingkungan berair dan dengan demikian mampu menampung molekul hidrofobik. Sebaliknya, bagian luar cukup hidrofilik untuk memberikan kelarutan air pada siklodekstrin (atau kompleksnya). Mereka tidak larut dalam pelarut organik yang umum.

Sintesis
Siklodekstrin dibuat dengan perlakuan enzimatik terhadap pati. Umumnya, siklodekstrin glikosiltransferase (CGTase) digunakan bersama dengan α-amilase. Pertama, pati dicairkan baik dengan perlakuan panas atau menggunakan α-amilase, kemudian CGTase ditambahkan untuk konversi enzimatik. CGTase menghasilkan campuran siklodekstrin, sehingga produk konversi menghasilkan campuran dari tiga jenis utama molekul siklik, dalam rasio yang sangat bergantung pada enzim yang digunakan: setiap CGTase memiliki rasio sintesis α:β:γ yang khas. Pemurnian tiga jenis siklodekstrin memanfaatkan perbedaan kelarutan molekul dalam air: β-CD yang sukar larut dalam air (18,5 g/L atau 16,3 mM pada suhu 25 °C) dapat dengan mudah diambil melalui kristalisasi sementara α- dan γ-CD yang lebih mudah larut (masing-masing 145 dan 232 g/L) biasanya dimurnikan melalui teknik kromatografi yang mahal dan memakan waktu. Sebagai alternatif, "agen pengompleks" dapat ditambahkan selama langkah konversi enzimatik: agen tersebut (biasanya pelarut organik seperti toluena, aseton, atau etanol) membentuk kompleks dengan siklodekstrin yang diinginkan yang kemudian mengendap. Pembentukan kompleks mendorong konversi pati menuju sintesis siklodekstrin yang diendapkan, sehingga memperkaya kandungannya dalam campuran akhir produk. Wacker Chemie AG menggunakan enzim khusus, yang dapat memproduksi alfa-, beta- atau gama-siklodekstrin secara khusus. Hal ini sangat berharga terutama untuk industri makanan, karena hanya alfa- dan gama-siklodekstrin yang dapat dikonsumsi tanpa batasan asupan harian.
[[Gambar:Rotaxane Crystal Structure ChemComm page493 2001 commons.jpgjmplStruktur kristal rotaksana dengan siklus makro α-siklodekstrin.]]
Turunan
Minat pada siklodekstrin meningkat karena perilaku host-guest mereka dapat dimanipulasi dengan modifikasi kimia gugus hidroksil. O-Metilasi dan asetilasi adalah konversi yang umum. Propilen oksida menghasilkan turunan hidroksipropilasi. Alkohol primer dapat ditilasi. Tingkat derivatisasi dapat disesuaikan, yaitu metilasi penuh vs parsial.

Baik β-siklodekstrin dan metil-β-siklodekstrin (MβCD) menghilangkan kolesterol dari sel yang dikultur. Bentuk termetilasi MβCD ditemukan lebih efisien daripada β-siklodekstrin. MβCD yang larut dalam air diketahui membentuk kompleks inklusi yang larut dengan kolesterol, sehingga meningkatkan kelarutannya dalam larutan berair. MβCD digunakan untuk persiapan produk bebas kolesterol: molekul kolesterol yang besar dan hidrofobik mudah tersangkut di dalam cincin siklodekstrin. MβCD juga digunakan dalam penelitian untuk mengganggu rakit lipid dengan membuang kolesterol dari membran.

Karena ikatan kovalen gugus tiol ke siklodekstrin, sifat mukoadhesif yang tinggi dapat diperkenalkan karena oligomer tiol ini (tiomer) mampu membentuk ikatan disulfida dengan subdomain glikoprotein mukus yang kaya sisteina. Oleh karena itu, waktu tinggal siklodekstrin tiol di pencernaan dan okular diperpanjang secara substansial. Lebih jauh, siklodekstrin tiol secara aktif diambil oleh sel target yang melepaskan muatannya ke dalam sitoplasma. Penyerapan seluler berbagai model obat, misalnya, ditingkatkan hingga 20 kali lipat dengan menggunakan α-siklodekstrin tiolasi sebagai sistem pembawa.

Penelitian
jmpl|Sintesis nanopartikel aktif secara akustik untuk Nanoparticle Mediated Histotripsy.
Dalam kimia supramolekuler, siklodekstrin merupakan prekursor arsitektur molekuler yang saling terkait secara mekanis seperti rotaksana dan katenana. Sebagai ilustrasi, α-siklodekstrin membentuk kompleks koordinasi bola kedua dengan anion tetrabromoaurat ([AuBr4]-).

Kompleks β-siklodekstrin dengan pewarna makanan karotenoid tertentu telah terbukti mengintensifkan warna, meningkatkan kelarutan air, dan meningkatkan stabilitas cahaya.

Kompleks yang terbentuk antara β-siklodekstrin dan turunan adamantana telah digunakan untuk membuat bahan penyembuhan sendiri, seperti hidrogel dan permukaan dengan gesekan rendah.

Menggunakan interaksi host-guest antara β-siklodekstrin dengan perfluoroheksana, nanopartikel yang aktif secara akustik telah dibuat. Nanopartikel ini dikombinasikan dengan histotripsi, yang mengarah pada pengembangan Nanoparticle-Mediated Histotripsy (NMH). NMH mengatasi keterbatasan histotripsi tradisional, seperti non-selektivitas dan kebutuhan tekanan tinggi. Metode baru yang menjanjikan ini memiliki potensi aplikasi dalam ablasi sel untuk berbagai keperluan, termasuk pengobatan kanker.

Keamanan
Siklodekstrin sangat diminati karena tampaknya tidak beracun dalam penelitian hewan. LD50 (oral, pada tikus) adalah sekitar gram per kilogram. Meskipun demikian, upaya untuk menggunakan β-siklodekstrin untuk pencegahan aterosklerosis, akumulasi lipofusin terkait usia dan obesitas menemui kendala berupa kerusakan saraf pendengaran dan efek nefrotoksik.

 Referensi 

Kategori:Oligosakarida
Kategori:Amilum
Kategori:Makrosiklik
Kategori:Agen pengkelat
Kategori:Bahan tambahan pangan bernomor Uni Eropa