温轮胶与黄原胶对比.pdf

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1、北京化工大学 工程硕士研究生学位论文 日期 二 一二年四月十 日 一 一 一 一 一一 北京化工大学位论文原创性声明删 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下 独立 进行研究工作所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果 对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担 作者签名 到盎丝日期 关于论文使用授权的说明 钞 幺3 多 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的 规定 即 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京 化工大学 学校有权

2、保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件 和磁盘 允许学位论文被查阅和借阅 学校可以公布学位论文的全部 或部分内容 可以允许采用影印 缩印或其它复制手段保存 汇编学 位论文 保密论文注释 本学位论文属于保密范围 在上年解密后适用本授 权书 非保密论文注释 本学位论文不属于保密范围 适用本授权书 作者签名 趔亟堑乏 日期 导师签名 擘霉 伊B 口 学位论文数据集 中图分类号 0 5 9 4 学科分类号 18 0 17 6 5 论文编号 l0 0 1 0 2 0 1 1 0 10 8 密级否 学位授予单位代码 10 0 1O 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名刘学珍学号 2 0 0 603

3、0 10 8 获学位专业名称工程硕士获学位专业代码 0 8 17 2 0 课题来源企业课题研究方向生物胶流变特性比较 论文题目 黄原胶 温轮胶流变特性比较 关键词黄原胶 温轮胶 流变性 耐高温性 胶体复配 论文答辩日期 2 0 12 0 5 28 论文类型基础研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称 工作单位学科专长 指导教师谭天伟教授北京化工大学生物工程 二舷京凯泰新世纪 评阌人1顾燕松 高工生物工程 生物技术有限公司 评阅人2苏海佳 教授 北京化工大学生物工程 评阅人3 评阅人4 评阅人5 答辩委员会主席 王璋 高工食品发酵研究院发酵工程 答辩委员1张栩教授北京化工大学生物工程 答辩委

4、员2 王蜂 副教授北京化工大学生物工程 答辩委最3 答辩委员4 答辩委员5 论文类型 1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 中图分类号在 中国图书资料分类法 查询 学科分类号在中华 人民共和国国家标准 G B T13 745 9 学科分类与代码 中 查询 论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成 一 二三 四 压 摘要 黄原胶 温轮胶流变特性比较 摘要 黄原胶 温轮胶均是由产生菌以碳水化合物为主要底物发酵而成的高 粘水溶性生物聚合物 二者均具有粘度高 流变性好 耐高温 耐酸碱 耐盐等性质 无毒并可以生物降解 常被用作增稠剂 流型调控剂 悬浮 剂和稳定剂 黄原胶 温轮胶特性相似 应用领

5、域相近 但每个胶体又有 自己的独特之处 本文利用鑫合黄原胶 温轮胶进行了流变学特性对比 耐热特性对比 并进行了复配研究为黄原胶 温轮胶的应用提供理论依据 为进一步市场应用提供参考 作为环境友好型生物助剂 黄原胶 温轮胶 的市场需求量将会大幅度增加 研究其特性及市场应用就显得更有意义 主要做了以下三方面的工作 1 对比了黄原胶 温轮胶水溶液的流体特性 主要考察了浓度 剪切 力 p H 矿化度等对溶液粘度的影响 结果表明黄原胶 温轮胶水溶液的 流体特征表现为假塑型 有良好的剪切稀释特性 在相同的的浓度下温轮 胶较黄原胶有较高的粘度 较高的耐高温性 较广的耐酸碱范围 而黄原 胶与温轮胶相比有较好的耐

6、盐性 2 对比了黄原胶 温轮胶的耐高温特性 主要考察了矿化度 p H 除 氧剂 交联剂对其耐高温特性的影响 1 温轮胶的网状结构使温轮胶较黄原胶有较好的热稳定性 用5 K C l 配制3 p p b 的胶体及1 p p b 的无水亚硫酸钠温轮胶可耐温到 4 0 C 而黄原 胶只有1 2 5 2 金属离子能屏蔽生物胶分子侧链上的负电荷 使生物胶分子结构稳定 提高生物胶的热稳定性 但过多的盐离子又阻碍了温轮胶分子的缔合 摘要 K C l 含量达2 0 时 热稳定性明显下降 在C a C l 2 溶液中表现热稳定性差 3 在酸性条件下高温加速生物胶的降解 使温轮胶 黄原胶热稳定性均 较差 黄原胶在p

7、 H 6 1 2 的条件下其耐温性稳定 而温轮胶在p H6 1 0 的 条件下耐温性稳定 4 除氧剂可以明显提高黄原胶 温轮胶热稳定 除氧剂加入量约1 p p b 耐温效果达到最大 5 添加有机锆交联剂可以明显提高黄原胶 温轮胶的热稳定性 黄原胶 与交联剂作用成胶明显 加入5 p p b 的交联剂可使黄原胶的热稳定性提高 到1 3 0 C 温轮胶与1 5 p p b 交联剂作用后热稳定性达到最大 3 研究了温轮胶与黄原胶复配及二者与瓜尔豆胶 魔芋胶的复配 温 轮胶 黄原胶 8 2 时有协效性 粘度最高 耐温性最好 酸碱对混胶粘度影 响都不大 但混胶随含盐量的增加粘度下降 黄原胶与瓜尔豆胶 魔芋

8、胶 有协同增效性 而温轮胶与瓜尔豆胶 魔芋胶无协同增效性 关键词 黄原胶 温轮胶 流变特性 耐高温性 胶体复配 i 一 一一 R h e o l o g yP r o p e r t i e sC o m p a r i s o nb e t w e e n x a n t h a ng u m a n dw e l a ng u m A b s t r a c t X a n t h a ng u ma n dW e l a ng u m w h i c ha r ep r o d u c e db yas t r a i nt h r o u g h t h ef e H n e n t

9、a t i o no fc a r b o h y d r a t e sa r eb o t hw a t e r s o l u b l eb i o p 0 1 y m e r sw i t h h i g hv i s c o s i t y a sh i g ha c i d h i g h h e a tr e s i s t a n c ea n do t h e rc h a r a c t e r l s t l c s n o n t o x i ca n dc a nb ed e g r a d e d T h e ya r eo f t e nu s e da sat

10、h i c k e n e r e m u l s i f i e r s u s p e n d i n ga g e n t a n ds t a b i l i z e r T h o u g hb o t ht h ep r o C I u c t sh a V e s i m i l a r p r o p e n i e sa n da p p l i c a t i o n s e a c hh a si t s o w nu n i q u e I nt h i sp a p 粤x i n h e x a n t h a ng u m a n dw e l a ng u ma

11、r ec o m p a r e df r o mt h er h e 0 1 0 9 i c a lp r o p e r t i e s h e a tr e s i s t a n c e a n dc o n d u c t e dat h e o r e t i c a lb a s i sf o rr e s e a r c ht h e i rc o m p l e xs o t h a tar e f e r e n c ei sp r o v i d e df o r 如r t h e rm a r k e ta p p l i c a t i o n s X a n t h

12、 a ng u m a n d W e l a ng u mw i l lb e as u b s t a n t i a li n c r e a s e i nm a r k e td e m a n df o r e n v i r o n m e n t a l l vf r i e n d l Va n d i tb e c o m e sm o r em e a n i n g 如1 f o rm a r k e t a p p l i c a t i o nt os t u d yt h e i rc h a r a c t e r i s t i c s T h ef o l

13、l o w i n gt h r e em a i na r e a so f w n r kh a v eh e e nd o n e 1 C o m p a r e dX a n t h a ng u m W e l a ng u m s 0 1 u t i o na n dt h ef l u i dt e m p e r a t u r ea n d w h e e lc h a r a c t e r i s t i c s M a i n l Vf O c u s e dt h ef a c t o r sw h i c hc a ne f f e c tt h es 0 1 u

14、t i o n v i s c o s i t Vo nt h ec o n c e n t r a t i o n s h e a rs t r e s s p H s a l i n i t ya n do t h e r s T h er e s u l t s s h o wt h a tt h eX a n t h a ng u m W e l a ng u ms o l u t i o nh a V ec h a r a c t e r i z eo f p s e u d o p l a s t i cn u i d s g o o ds h e a rt h i n n i n

15、 gp r o p e r t i e s a tt h es a m ec o n c e n t r a t l o n W e l a ng u ms h o w sh i g h e rt e m p e r a t u r er e s i s t a n c ea n dV i s c o s i t y w i d e ra c i da n d a l k a l ir e s i s t a n c et h a nX a n t h a ng u m A n dX a n t h a ng u ms u p p l yb e t t e r s a l t t 0 1 e

16、r a n c et h a nW e l a ng u m 摘要 2 X a n t h a n g u m W e l a ng u mw e r e c o m p a r e d f r o m h i g h t e m p e r a t u r e p r o p e r t je s T h em a i ne f k c t sw e r es t u d i e df r o m s a l i n i t y p H o x y g e n s c a v e n g e r c r o s s l i n k i n gf b rt h e i rh i g ht e

17、m p e r a t u r ep r o p e r t i e s 1 W e l a ng u m h a V en e ts t r u c t u r ew h i c hm a k e si t sb e t t e rt h e m a ls t a b i l i t yt h a n X a n t h a ng u m P r e p a r e dw i t h5 K C la n d1p p b3 p p bg u ms 0 1 u t i o na n d1p p b a n h y d r o u ss o d i u ms u l 矗t eg u ms o l

18、u t i o n i t st e m p e r a t u r es t a b i l i t yc a nb e14 0 a n dt h eX a m h a ng u mi so n l y1 2 5 C 2 T h en e g a t i V ec h a r g eo nt h em o l e c u l a rs i d ec h a i no f b i 0 1 0 9 i c a lg u mc a nb e s h i e l d e db ym e t a li o n sw h i c hi ss t a b i l i z e dt h em 0 1 e c

19、 u l a rs t m c t u r ea n de n h a n c e t h et h e r m a ls t a b i h t yo fb i o g u m s b u tt o om u c hs a l ti o n sh i n d e rW e l a ng u m m 0 1 e c u l a ra s s o c i a t i o n m e ni ti si n2 0 K C lt h et h e r m a ls t a b i l i t yd e c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y T h ep e r

20、 f o n n a n c eo ft h es 0 1 u t i o ni nt h eC a C l 2h a sp o o rt h e n n a l s t a b l l l t y 3 W e a ng u ma n dX a n t h a ng u m w o u l db ed e g r a d a t e da c c e l e r a t e l yu n d e rh i g h t e m p e r a t u r ew i t ha c i d i cc o n d i t i o n st h ei o n B u tX a n t h a ng u

21、l n a tt h ep H 6 一l2 a n dW e l a ng u ma tp H 6 1Oa r es t a b i l i t y 4 O x y g e ns c a V e n g e rc a ni m p r o V eX a n t h a ng u ma n dW e l a ng u mt h e r m a l s t a b i l i t ys i g n i 行c a n t l ya n dt h ep r o p e rc o n t e n ti s1 p p b 5 A d d i n go r g a n i cz i r c o n i u

22、mc r o s s 一1 i n k i n ga g e n tc a ns i g n i f i c a n t l yi m p r o V e X a n t h a ng u m W e l a ng u mt h e r m a ls t a b i l i t y I ti se a s yt of O ng e lf o rX a n t h a n g u m h e na d d5 p p bc r o s s l i n k e ra n di m p r o V et h et h e n l l a ls t l b i l i t yt o 13 0 C B u

23、 ti ti s1 5 p p bc r o s s l i n k e rf o rW e l a ng u m 3 B o t hW e l a ng u ma n dX a n t h a ng u mw e r es t u d i e dt h ec o m p l e xw i t hg u a r g u m k o n j a cg u mc o m p o u n d T h eW e l a ng u m X a n t h a ng u m 28 2 t h e r e i s s y n e r g ya n dg e tt h eh i g h e s tV i s

24、c o s i t y t h e b e s tt e m p e r a t u r e T h ed e g r e eo f a c i d b a s ea d h e s i v ed o n ti m p a c tt h eV i s c o s i t ye a s i l y I o w e V e r t h eV i s c o s i t yi s d e c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo fs a l tc o n t e n t X a n t h a ng u mh a ds y n e r g i e s w

25、i t h I V g u a rg u m k o n j a cg u mw h i l eW e l a ng u mn os y n e r g i e sw i t hg u a rg u m k o n j a c g u m K e yw o r d s X a n t h a ng u m W e l a ng u m r h e 0 1 0 9 i c a lp r o p e r t i e s t e m p e r a t u r e r e s i s t a n c e c 0 1 1 0 i d a lc o m p l e x N 日录 目录 第一章绪论 1 1

26、 1 弓I 言 1 1 2 微生物多糖简介 l 1 3 黄原胶 2 1 3 1 国内外研究现状 2 1 3 2 黄原胶的分子结构和性质 3 1 3 2 1 黄原胶的分子结构 3 1 3 2 2 黄原胶的性质 4 1 3 3 黄原胶的应用 5 1 4 温轮胶 6 1 4 1 国内外研究现状 6 1 4 2 温轮胶的组成及结构 7 1 4 3 温轮胶的性质 7 1 4 4 温轮胶的应用 8 1 4 本论文的研究意义及研究内容 l0 1 4 1 研究意义 1 0 1 4 2 本论文的主要研究内容 1 1 第二章黄原胶 温轮胶流变特性比较 1 2 2 1 前 占 1 2 2 2 实验部分 1 2 2

27、2 1 实验仪器和试剂 1 2 2 2 2 实验方法 1 3 2 3 结果与讨论 l4 2 3 1 浓度对溶液粘度的影响 1 4 2 3 2 转速对溶液粘度的影响 1 5 2 3 3p 1 对溶液粘度的影响 l6 2 3 4 矿化度对溶液粘度的影响 1 6 2 3 5 1 N a C l K C l 浓度对溶液粘度的影响 1 6 2 3 5 2C a C L M g S 0 浓度对溶液粘度的影响 17 2 4 本章小结 1 8 V l 日录 一 第三章黄原胶 温轮胶高温稳定性比较 1 9 3 1 前言一 1 9 3 2 实验部分 l g 3 2 1 实验仪器和试剂 1 9 3 2 2 实验方法

28、 2 0 3 2 2 1 耐温性评价方法 2 0 3 3 结果与讨论 2 2 3 3 1 温轮胶 黄原胶耐温性评价 2 2 3 3 2 矿化度浓度对黄原胶 温轮胶耐温性的影H 向 2 3 3 3 3 p H 对黄原胶 温轮胶耐温性的影响 2 4 2 3 4 除氧剂对黄原胶 温轮胶耐温性的影响 2 5 2 3 4 交联剂对黄原胶 温轮胶耐温性的影响 26 3 4 本章小结 27 第四章黄原胶 温轮胶复配比较 2 9 4 1 前一言 2 9 4 2 实验部分 2 9 4 2 1 实验材料和仪器 2 9 4 2 2 实验方法 3 0 4 3 结果与讨论 3 1 4 3 1 黄原胶与温轮胶复配 3 1

29、 4 3 1 1 复配比例对混胶粘度的影响 3 1 4 3 1 2 p H 对混胶粘度的影响 3 2 4 3 1 3 矿化度对混胶粘度的影响 3 2 4 3 1 4 复配比例对混胶耐温性的影响 3 3 4 3 5 黄原胶 温轮胶与瓜尔豆胶复配的研究 3 4 4 3 6 黄原胶 温轮胶与魔芋胶复配的研究 3 4 4 4 本章小结 3 5 第五章结论 3 6 第七章展望 3 7 致谢 3 8 V I I 导师及学生介绍 3 9 参考文献 4 0 第一章绪论 一 1 1 引言 第一章绪论 微生物多糖是利用微生物代谢生产的多糖物质 是生物工业中的新品 近几年来 市场需求量年增长率在1 0 以上 它比植

30、物多糖 动物多糖应用现广泛 微生物胶 因独特的理化特性和安全无毒性 加倍受了人们的关注 尤其在食品工业 微生物多 糖作为食品添加剂在食品工业中已成为热点 是食品工业中不可缺的重要辅料 比化 学合成的食品添加剂毒性低 性能好 在食品加工业中天然食品添加剂 微生物多 糖的发展前景将更广阔 作为食品添加剂在食品中得到广泛应用的微生物多糖有结冷 胶 可得然胶 黄原胶等 微生物多糖因其独特的流变学特性及热稳定性在石油钻采方面已应用十分广泛 随着石油工业的发展 勘探不断向更深的层位 更复杂的区域发展 开采难度的不断 增加 钻采工艺也不断更新发展 对油田化学助剂提出了更高要求 急需开发耐盐 耐 温 耐剪切

31、环保的新型油田化学助剂 以期提高投入产出比 生物聚合物黄原胶以 优异的耐温和剪切稀释性能 增稠性在石油钻采中已普遍应用 随着生物技术的不断 发展 为满足不断提高的石油钻采技术要求 又涌现出一批新的生物聚合物如温轮胶 硬葡聚糖 定油胶等 其中温轮胶在我国已由鑫合生物化工有限公司工业化生产 黄原胶 温轮胶作为典型的微生物多糖虽然在一定范围内已被广泛应用 但市场 上仍不清楚黄原胶 温轮胶的特性和应用机理 这既影响了应用市场的行业发展 又 影响了生物胶行业的发展 解读黄原胶 温轮胶的流变学特性 耐高温特性 充分了 解二者的性质及市场应用 对挖掘黄原胶潜在的应用领域及温轮胶在国内外市场的应 用具有十分重

32、要的意义 1 2 微生物多糖简介 微生物多糖是微生物 真菌 细菌 蓝藻等 在生长过程中分泌的保护微生物免 受外界伤害的的多糖类物质 微生物多糖以胞壁多糖 胞内多糖 胞外多糖三种形 式存在 2 1 胞内和胞壁多糖的提取工艺复杂成本高 难度大 开发成功的产品相对较 少 实现工业化大规模生产的以胞外多糖为主 胞外多糖比较容易和菌体分离 可通 过纯种发酵和后续提练完成L 业化大规模生产 据不完伞统计 已经发现微尘物中有 第一章绪论 7 6 种可产胞外多糖 但真 F 实现工业化生产的 有利用价值的仅有十几种 微生物多 糖有独特的理化特性 安全无毒性 短的生产期 受外面环境因子影 向较小 3 使产 品的产

33、量和质量有一下保证 可在人为控制条件下工业化大量生产 生产过程中的各 种废液 废渣可以进行人工控制 有利于环境保护 因此生物胶比动物 植物胶的市 场前景更为广阔 4 J 经过三十多年的发展 微生物多糖的独特作用己不断地被成功发 现 统计数据表明全世界植物胶的消耗量每年仅以2 增长 微生物胶每年消耗量则 以8 增长 5 J 目前 许多微生物多糖 黄原胶 可得然胶 结冷胶 普鲁兰多糖 温轮胶等 因其独特的乳化 增稠 胶凝 成膜 保鲜等作用 广泛在石油 制药 食品 化工等十几个领域应用 其中微生物多糖中最具代表性 丌发较成功是黄原胶 和温轮胶 1 3 黄原胶 黄原胶 X a n t h a ng u

34、 m 是一种由黄单胞菌 x a n t h o m o n a sc a m p e s t r i s 利用葡萄糖 玉米淀粉 蔗糖等碳水化合物为碳源 以豆粉为氮源 经生物发酵和精炼提取生产得 到的一种作用广泛水溶性的高粘度胞外多糖 6 1 因黄原胶分子结构独特 使其拼 有了 优异的流变特性 具有良好的增粘性 刑 酸碱 假塑性和刚高温性 能耐高浓度的盐 具有乳化和悬浮的性能 作为稳定剂 增稠剂 乳化剂 悬浮剂 广泛在食品 医药 石油 纺织 铸造等2 0 多个行业应用 是目前捌有最大生产规模和极广用途的生物 多糖 7 1 1 3 1 国内外研究现状 黄原胶于上世纪5 0 年代初被发现 1 9 5

35、 0 年 1 1 y 等人首先对黄原胶的合成及提取 分离进行了报道 美国K e l c o 公司于1 9 6 1 年 以野油菜黄单胞杆菌 N R R L B 一1 4 5 9 实现了黄原胶的半工业化生产 8 1 1 9 6 4 年 完成了黄原胶商业化规模生产 食品与药 物管理局于1 9 6 9 年批准了黄原胶以食品添加剂用于食品领域 随后 陆续地欧洲各 国也批准了黄原胶在食品行业中的应用 联合国粮农组织和世界卫生组织 F A O W H O 于1 9 8 3 年批准了黄原胶作为食品添加剂可在世界范罔内应用 目前已有多个企业在 生产黄原胶 国外生产厂家主要有C P K e l c o R h o

36、 n e P o u l e n e P 6 z e r A D M 等公司 我国研究黄原胶起始于上世纪的7 0 年后期 研究单位主要有 山东大学 南丌大 学 中国农科院 上海化工研究院 山东省食品发酵研究所 无锡轻工大学等 南开 大学于1 9 7 9 年首次对黄原胶单株分离筛选得到一批纯化菌株 并对此酸性杂多糖进 行了提纯鉴定 1 9 8 6 年 通过对黄原胶产生菌株和产品的毒理学安全性试验 确定了 黄原胶的安全性 经过国家权威部门对黄原胶的毒性试验和病理学试验 国家卫生部 于1 9 8 8 年8 月批准了食品级黄原胶的卫生标准 并把食品级黄原胶加入到了食 i 忝 第一章绪论 加剂之列 于1

37、 9 8 9 年河北鑫合生物率先实现了工业化生产 1 9 9 2 年全国黄原胶产量 不到1 0 0 吨 到1 9 9 3 年后由于黄原胶市场需求不断扩大 国内陆续出现一些新的黄 原胶生产厂家 2 0 0 5 年 中国黄原胶的总生产量大约是4 万吨 产品质量及各项性能 指标达到了美国同类产品标准 到目前中国的黄原胶厂家已有十多个 除鑫合生化外 还有淄博中轩集团 山东淄博金丰润 山东阜丰集团 嘉吉黄河龙等 1 3 2 黄原胶的分子结构和性质 1 3 2 1 黄原胶的分子结构 黄原胶为淡黄色或类白色粉末 是一种高分子生物聚合物 具有类纤维素骨架的 以p 1 4 糖苷键结合的吡喃型葡萄糖的主链和被丙酮

38、酸和乙酸基团修饰的含糖侧链 其分子量平均2 1 0 6 5 1 07 道尔顿 9 黄原胶为五糖重复单元 主链以B 一1 4 糖苷键相结D 葡萄糖构成 每相邻葡萄 糖C 3 位有一个侧链相连 侧链上依次是旨露糖 葡萄糖醛 甘露糖 J o 和主链连接 的甘露糖一般含有乙酰基 侧链中间的葡萄糖醛酸由葡萄糖氧化而成 丙酮酸易与末 端甘露糖发生缩醛反应使之被修饰 1 1 1 因为侧链上的基团呈酸性 黄原胶水溶液表现 出聚阴离子的特点 黄原胶分子结构上含有大量羟基 使之易溶解于冷水和热水中 其分子结构如图1 2 懿 幽1 1黄原胶的结构示意图 1 2 F i g 1 一lt h es t m c t u

39、r eo fx a n t h a ng u m 黄原胶有三级聚合结构 经电子显微镜和x 射线衍射检测 一级结构是规则的双 螺旋体 主要是由主链和侧链之间由氢键 静电引力作用形成 并进一步结合形成多 重的螺旋聚合体结构 见图1 3 二级结构是棒状螺旋体结构 主要是由侧链围绕主链 反向缠绕 通过静电力 氢键等作用经五重折叠形成 三级结构是螺旋复合体 主要 H O P O气 嗡电 耱 糕 置 纂 露 酶 熊 潮 硼 刈 罐 一 一 鼗 弛 黼 多八 黼 蚺 L秘 可 0 冁 第一章绪论 是棒状双螺旋体之问由非共价键连接形成 因为复合螺旋体之间连接的三维立体网状 结构 使黄原胶溶液具有良好的流变特性

40、 在低浓度下有较高的粘度 使之拥有良好 的增稠能力 这种三级聚后结构使黄原胶主链不易受到酸 碱和生物酶等其它破坏力 的破坏 保持了黄原胶水溶液稳定的粘度 使之免受酸 碱对主链的影响 并防生物 降解 该分子结构的聚合状态使一定浓度黄原胶的水溶液呈现溶致液晶的现象 1 3 f 无规则线团棒状双螺旋结构 2 黄原胶的性质 双螺旋网状聚合体 每镪 图1 2黄原胶的聚集态结构 1 4 1 F i g 1 2t h eA g g r e g a t i o ns t r u c t u r eo fx a n t h a ng u m 黄原胶亲水性很强 没有任何的毒副作用 美国食品与药品管理局 F D A

41、 于1 9 6 9 年批准黄原胶作为食品添加剂应用 欧共体于1 9 8 0 年批准将其作为食品稳定剂的乳 化剂在食品中应用 黄原胶的特殊结构决定了其耐热 耐酸 耐碱 耐盐等能力很强 1 5 o 1 独特的流变性 a 增稠 悬浮 乳化性 黄原胶含有大量羟基使之易溶于热水和冷水 羟基易结合水分子 加上侧链较多 主链与侧链 侧链与侧链问相互作用 从而构成稳定的立体网架结构 即使是小浓度 的黄原胶电能表现出较高的粘度 O 3 L 的黄原胶溶液产生0 0 9 P a s 的有效粘度 是一种集增稠 乳化 悬浮于一体的添加剂 黄原胶溶液对不溶的固体颗粒有很好有 悬浮作用 对油滴有很好的乳化作用 b 剪切稀释

42、性 假塑性是黄原胶水溶液的典型特点 即剪切稀释性 当剪切速率增大时溶液粘度 明显下降 分子结构由规则的螺旋结构变为无规则线团结构 当解除剪切时 分子结 构由无规则线团恢复到规则螺旋结构 使溶液粘度恢复到最大 1 7 j c 耐盐性 黄原胶因其三级螺旋结构 能和大多数盐溶液互溶 溶液粘度几乎未受影响 它 可以分别在1 0 0g 1K C l 1 0 0g lN a C l 1 0 0g 1C a C l 和5 0g 1N a z C O 溶液中 第一章绪论 长期存放9 0d 2 5 0 C 黏度几乎保持不变 17 1 黄原胶耐盐性较好 在三次采油中能 用于矿化度大于2 0 0 0 0 m g 1

43、 的油耐18 1 金属三价离子 如A r 和c r 3 7 可和黄原胶侧链上 的羧基发生交联 形成胨胶 1 9 可用于油F 日上的调剖堵水 d 耐酸碱 在p H 值2 一1 2 条件下 黄原胶溶液粘度稳定 随p H 值的变化粘度变化很小 2 耐高温性 耐高温性是黄原胶的一个突出特点 对1 0 黄原胶水溶液加热由2 5 C 上升到 1 2 0 其溶液粘度仅有3 下降 1 7 这一特性是其他植物胶无法比拟的 已在石油 钻井中得到很好应用 黄原胶水溶液在 4 9 3 温度下反复冻融 其溶液粘度变化很 小 3 兼容和协效性 在同一溶液体系中黄原胶与盐 酸 碱 防腐剂 各类增稠剂的兼容性良好 与 魔芋胶

44、 瓜尔胶 刺槐豆胶等复配使用 溶液粘度倍增 2 1 具有协效性 4 生物稳定性 由于多重双螺旋网状结构使黄原胶的抗酶解和抗氧化能力极强 2 0 许多酶如淀粉酶 蛋白酶 纤维素酶等均不能降解黄原胶 1 3 3 黄原胶的应用 黄原胶是微生物多糖中最具代表性的 在国内外被最成功丌发出的生物聚合物中 的一种 也是商业化程度最高 应用范围最广的一种 黄原胶是一种易溶于水 食用 安全 无毒 无臭 无味的淡黄色或类白色粉术 是目前集悬浮 增稠 稳定 乳化 于一体 具有卓越性能的生物聚合物 2 2 1 在石油 食品 日化 医药等十多个领域应 用十分广泛 1 石油工业方面 因为黄原胶的剪切稀释性 增稠性 耐盐性

45、和耐高温性被 广泛地应用在油田开发方面 与C M C 聚丙酰胺 变性淀粉及田菁胶 瓜尔豆胶等 植物多糖相比技术优势明显 黄原胶对提高钻井进度 油气田保护 防油井塌陷 提 高采收率 防井喷方面有显著的作用 2 4 1 是一种环保的 卓越的 友好的油F f 钻井基 浆添加剂 即使在高浓度酸 碱 盐溶液中 高温条件下仍能保持其特性 这一 生能 在地质条件恶劣或海洋钻井中更适用 在三次采油中 它极高的耐热稳定性能使黄原 胶成为首选的采油驱动剂 可大大降低死油区域 从则提高采收率 2 食品方面 在食品应用中 黄原胶主要以稳定剂 分散剂 乳化剂 增稠剂 成型剂等形式应用 在饮料中黄原胶主要起到悬浮作用 用

46、于悬浮果汁 果肉 并使 之均一稳定 在冰淇淋和其他冷冻食品中防止冰晶的生成 防融化进而使保存期延长 在肉类产品加工过程中添加黄原胶可提高保水率 抑制淀粉回生 延长产品货架期 存蛋糕中应用具有保湿性 呵使富有弹性 糕体松软 有均匀的蜂窝组织 存乳制品 第一章绪论 奶制品中应用可起到对脂肪悬浮乳化作用防止其上浮 并增强高温稳定性 黄原胶应 用于食品工业中的较为广泛 另外 还用于方便面 果冻等食品中 是非常重要且在 日常生产中不可缺少的食品添加剂 3 同用化工方面 黄原胶分子上含有大量 羟基 能与水很好的结合 是一种优 良的表面活性剂 具有很好的保水功能 能抗氧化从而延缓皮肤衰老 所以 黄原胶 在大

47、部分高级化妆品中是保证其功能的主要成分 1 1 黄原胶还可作为牙膏的悬浮稳定 剂的增稠剂 改善牙膏的延展性 成条性 2 3 4 其他方面 黄原胶在消防中用于泡沫灭火剂 又可与其他阻燃物质结合制成阻 燃剂口5 I 黄原胶的良好悬浮性能可使独油型农药被乳化稳定和使喷雾农药易粘附于植 物表面 各类作物种子包衣 含保水剂 肥料 农药 激素等 最佳成膜剂 鱼虾高档 颗粒饲料粘结剂 另外还可用于烟草 油墨 胶体炸药等 2 6 1 在医药生产过程中黄原 胶一般作为药剂生产中的增稠稳定剂 使药物分布均匀一致 黄原胶还可用于建筑 主要是提高对砂子 石块的悬浮能力 提高水泥泵送的流动性 起到增稠悬浮的作用 但用量

48、较大 对流变性的控制效果不如温轮胶 1 4 温轮胶 温轮胶 w e l a nG u m 是由产碱杆菌 A l c a l 培e n e ss p z W 3 生产的可溶性高分子多 糖 又名威伦胶或韦兰胶 过去C P K e l c o 呈以S 一1 3 0 命名 温轮胶是C P K e l c o 公司 2 0 世纪8 0 年代开发生产的市场前景广阔的又一微生物胶 因为独特的流变性和耐温 性在建筑 石油丌采 食品等领域有广泛的使用价值 1 4 1 国内外研究现状 温轮胶是2 0 世纪8 0 年代由美国的K e l c o 公司开发的又一新型生物聚合物 目前国 内外仅有一些关于其结构和应用的报

49、道 J a n s s o n 27 1 s t a l l l o w s k i 2 8 1 等研究了温轮胶的 分子结构 B r a n t 2 9 等人报道温轮胶在水溶液中分子内主要是靠范德华力 主链和侧 链问靠氢键相互作用 K a n g V e e d e r 例研究表明温轮胶在0 1 K C l 溶液中有较高的粘 度 并表现出优良的热稳定性和醋酸稳定性 S t a n k o w s k j Z e e r 2 8 1 报道温轮胶可 应用于三次采油 是很好的驱油剂 可大大提高采收率 据研究报道 3 1 1 在水泥中添 加其干重的0 0 1 一0 9 的温轮胶 可以明显提高水泥中的空

50、气含量 提高其悬浮量 提 高抗下陷能力 增强可塑性和提高流动特性及抗失水性 目前除了美国的K e l c o 公司生产温轮胶外 河北鑫合生物化工有限公司是国内唯 一 的生产和销售温轮胶的企业 另外江南大学 南昌大学 南京工业大学等也在从事 温轮胶的研究 第一章绪论 1 4 2 温轮胶的组成及结构 温轮胶 w e l a nG u m 又名韦兰胶或威伦胶 是由产碱杆菌 A 1 c a l i g e n e sS p A T C C 3 1 5 5 5 分泌的可溶性胞外多糖 曾用名S 一1 3 0 其分子结构类似于结冷胶 2 9 1 温 轮胶的分子结构主链是D 一葡萄糖 D 一葡糖醛酸 D 一葡