Cyclodextrins đã được biết trong nhiều thập niên qua, vào năm 1881, Villiers đã sản xuất ra cyclodextrin đầu tiên bằng cách cho Bacillus amylobacter phân hủy tinh bột và năm 1993, Schardinger chứng minh được cấu trúc vòng của các hợp chất này.
Sự thủy phân tinh bột bằng enzyme tạo ra một chuỗi các đơn phân mạch thẳng hoặc nhánh như là glucose, maltose, maltotriose, v.v. được biết như là các dextrins. Đây là một quá trình thủy phân tinh bột thật sự, khi sản phẩm đầu tiên được cắt ra từ nối glycosidic tương tác với một phân tử nước. Tuy nhiên tinh bột được thủy phân bởi enzyme cyd-glucosyltransferase (CGTase), sản phẩm đầu tiên của chuỗi cắt trãi qua quá trình phản ứng bên trong phân tử mà không có sự tham gia của nước và sản phẩm vòng có nối α-1,4 được hình thành. Các sản phẩm này là các cyclodextrin (Szejtli, 1988). Các enzyme chuyển hóa glucose đối tạo thành các cyclodextrin được tạo ra bởi nhiều vi sinh vật như Bacillus macerans, hoặc
B.circulans (Francis và cộng sự, 2002).
Cyclodextrin là các đại phân tử gồm các đơn vị đường glucose. Cyclodextrin thường tạo thành dịch đường trong nước. Cyclodextrin thường chứa 6, 7, hoặc 8 glucopyranose.
Như vậy hoạt hóa tạo vòng là một trường hợp riêng của hoạt tính không cân xứng. Giả thuyết được đặt ra là enzyme này có hai trung tâm: một trung tâm chịu trách nhiệm gắn kết chất cho và một trung tâm chịu trách nhiệm gắn kết chất nhận nằm ở điểm khoảng cách 2 đơn vị glucose. Sự thủy phân sẽ xảy ra sau khi đã “chuyển glucose” đến tận gốc glucose không khử tận cùng. CGTase có khả năng xúc tác chuyển hóa các mạch thẳng của tinh bột thành các phân tử mạch vòng, chủ yếu là cyclodextrin α, β, γ chứa 6, 7, 8 đơn vị glucose được liên kết bằng liên kết α- 1,4. Các chuỗi amilose dài không phải là cơ chất tốt nhất của enzyme này. Người ta thấy lượng cyclodextrin thu được cao nhất khi phân tử amilose được phân giải thành các chuỗi có mức độ trùng hợp dưới 100 và có lẫn amilopectin. Điều này cho
thấy các đầu khử của các mạch bên của phân tử amilopectin đóng vai trò là chất tiếp nhận cho sự thủy phân của amyloza. Các oligozit mạch thẳng của tinh bột là những cơ chất tốt, cũng như các gluxit có nhánh đều có thể tham gia vào trong các cyclodextrin để tạo ra các phân tử vừa có vòng vừa có nhánh.
Hình 1.6: Cyclodextrin α, β, γ
Các enzyme CGTase được chia thành các nhóm: nhóm tạo ra chủ yếu α- cyclodextrin (Bacillus macerans) và nhóm β-cyclodextrin (ví dụ như B. megaterium). Ngoài ra sự phân bố các sản phẩm mạch vòng còn phụ thuộc vào thời gian phản ứng.
Enzyme CGTase từBacillus macerans ban đầu tạo ra β-cyclodextrin, sau đó α và γ-cyclodextrin có tỷ lệ là 42, 44, và 14. enzyme này có đặc tính là thủy phân các sản phẩm cyclodextrin của chính mình. Vì các sinh vật chủ yếu sinh tổng hợp được enzyme này là Bacillus macerans, B. stearothermophilus, và một giống thuộc
Micrococcus. Nhiệt độ tối ưu của các enzyme này nằm trong khoảng 50-70oC, pH tối ưu nằm giữa 5,0-7,0 và khối lượng phân tử của chúng dao động từ 67000 đến 88000 Da. Còn pH tối ưu để tạo ra các cyclodextrin nằm trong khoảng từ 4,5 – 9,0.