文 献 综 述

摘要：威兰胶(welan gum)是由鞘氨醇单胞菌合成的胞外微生物多糖,分子量高达数百万，该多糖易溶于水，其水溶液具有独特的流变学性质和良好的耐高温、耐酸碱性，可以作为悬浮剂、增稠剂、稳定剂等广泛应用于水泥、石油、油墨、食品等行业中，且受到更多行业的关注。目前威兰胶发酵生产的碳源以葡萄糖为主，成本较高，难以满足工业化大批量生产的要求，然而木糖母液因其含有丰富的木糖、L-阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖等杂糖而具有巨大的开发利用价值。因此本课题主要从木糖母液中杂糖的综合利用价值出发，以木糖母液为唯一碳源，发酵生产威兰胶，并对其工艺条件进行优化，开发出一条木糖母液综合利用的新途径。

关键词：威兰胶；木糖母液；碳源

1. 威兰胶结构和性质

威兰胶（welan gum）是由产碱杆菌Alcaligenes sp.合成的一种分子量高达数百万的原核生物胞外杂多糖^[1]，属于鞘多糖中的一种，这主要是由于其结构与鞘氨醇单胞菌（Sphingomonas）中某些成员分泌的酸性夹膜杂多糖相似。它的主链结构骨架由D-葡萄糖、D-葡糖醛酸、D-葡萄糖和L-鼠李糖重复单元组成，侧链由单一的L-鼠李糖或L-甘露糖构成^[2]。威兰胶具有稠化、悬浮、热稳定、絮凝和耐酸碱等性能，在石油、混凝土、食品、油墨、医药等行业中有着广泛的应用前景^[3~6,]。威兰胶自从20世纪80年代发现以来，以其水溶液的独特流变学特性引起了工业界的浓厚兴趣。

威兰胶作为结冷胶类多糖的一员，具有独特的理化特性，是一种极好的悬浮剂。威兰胶的特性如下：(1)能溶于冷水中，在水溶液中呈现规则、稳定的结构，低浓度的水溶液即具有很高的粘度。（2）具有假塑性流体特性（剪切稀化作用），静止状态下有良好的悬浮能力。（3）在pH 2.0-12.0范围内比较稳定，并且有良好的耐盐性能。（4）威兰胶在1% NaOH存在并加热的条件下能形成凝胶，但其凝胶强度很弱。（5）具有热可逆性，温度对威兰胶水溶液粘度的影响不大，121 ℃下灭菌15分钟其粘度不会下降；0.4%的黄原胶溶液在135 ℃时粘度已趋于零，但同等条件下的威兰胶溶液要到163 ℃时粘度才接近于零。在正常条件下，温度升高造成威兰胶溶液的粘度下降，在温度降低后可完全恢复。（6）与其他胶有很好的兼容性^[7,8,12]。

2. 威兰胶的应用

威兰胶可以使含水混合物具有假塑性行为、温度稳定性以及耐盐性，另外其对剪切力和整体流变性的敏感性使其适用于增稠剂、悬浮剂、乳化剂、稳定剂、润滑剂、成膜剂或粘结剂，特别是在含水体系中。威兰胶主要应用于建筑业混凝土外加剂，此外它也被用于下列方面或产品中：食品增稠剂、食品乳化剂、驱油剂、种子涂层、杀虫剂水基墨水、皮革整理、抗粘结化合物、化妆品和药物悬浮剂等。威兰胶的水溶液表现出很好的增稠性，而且它的增稠效果不受温度与 pH 的影响，产品纯天然无毒害，使它具有应用于食品加工中的潜力。在食品工业方面，威兰胶可应用于烘焙制品、乳制品、果汁、牛奶饮料、糖衣、糖霜、果酱、肉制品和各种甜点的加工中 ^[10]。威兰胶在油墨中也有着重要的作用：由于具有非牛顿假塑性流体的特征， 添加了威兰胶的油墨静止时是一种粘稠液体，该种油墨在低剪切速率下粘度较高，但会随着书写时所产生的剪切速率而剪切稀化，因此可易于流动 。另外，威兰胶在高温下稳定（大于 100 ordm;C） ，这在加工、储存、运输油墨或含有该油墨的笔时保证了安全稳定，这比目前油墨中黄原胶稳定。威兰胶在油墨运输中的最佳含量为0.1-0.3%（重量）^[9,11] 。

3. 廉价碳源发酵高产威兰胶的研究意义

近年来，有关威兰胶产品检测方面的研究，以及威兰胶特性方面的研究被大量报道，但是在当今大的市场环境下，提高生产效率、降低生产成本对于一个具有商业价值的胞外多糖产品显得至关重要。威兰胶因其对碳源的转化效率低以及产量较低而成为市场上最昂贵的生物胶之一。和黄原胶相比，威兰胶对碳源的转化率只有40-50%，而黄原胶对碳源的转化率则高达70-90%，威兰胶的胶产量为20-25g/L，而黄原胶的胶产量可以达到35-45%g/L。由于底物转化率低，相比较其他胞外多糖的生产，威兰胶生产过程中碳源成本占总成本的比重会更大。因此发酵培养基的高成本问题一直是威兰胶工业生产的一个主要问题。尽管威兰胶发酵已经通过菌株优化、 以及培养条件的优化得以改进，但是通过使用廉价培养基来减少威兰胶生产成本的研究却很少。研究威兰胶生产效率和成本效率对于威兰胶的商业化生产尤为重要^[13~15]。