温轮胶的作用

背景及概述^[1][2]

温轮胶(WELAN GUM)是一种工业级微生物多糖，它含有中性糖、D-葡萄糖、D＝葡萄醛酸、L-鼠李糖和L＝甘露糖、以及配糖键合的乙酰酯基。Jansson PE，Lindberg B和Widmalm G(1985)在“碳水化合物研究”(139，217-223)中描述了该多糖的结构，专利号为200610012511.0的发明专利中公开了一种温轮胶的制备方法，目前的温轮胶为固体粉末且具有良好的耐温性能，其水溶液具有很好的粘度和流变性能，能耐受高浓度的钙离子，用于水泥行业可作为水泥外加剂，增加矿砂的稠度和流变特性，提高混凝土自密实的稳定性，增大泥浆混凝土的抗压泌水。

可用于石油钻采行业，为石油泥浆提供增稠、悬浮和流变特性，还可用于精细化工、日化等行业。温轮胶在野外或海上作业使用时粉末易飞扬，损失量大且飘落在工作台面遇水后形成溶液使工作台变滑，操作人员操作时安全性差；且粉末状温轮胶在使用时直接加入石油钻井中油基泥浆时溶解不完全、易结块，影响使用效率；另外粉末状温轮胶还存在着使用过程较为繁琐、不易操作等问题。

温轮胶是一种由产碱杆菌(Alcaligenessp)经过有氧深层发酵产生的一种可溶性胞外多糖，由于其良好的增稠、抗离析特性而作为良好的稳定剂、增稠剂被应用于水泥砂浆、混凝土等建材领域。温轮胶作为稳定剂、增稠剂，其粘度性能与温轮胶分子溶解特性即溶液有效质量浓度相关度高，如何有效准确测定温轮胶溶液质量浓度这一问题目前亟待解决。

温轮胶

应用^[3]

假塑性水基颜料型墨水组合物：

采用温轮胶和阿拉伯树胶复配作为假塑性助剂，不仅能够控制墨水不同剪切力下的粘度，提高墨水的储存稳定性，还能够显著提高墨水的脱帽稳定性。在本发明中，中性笔墨水组合物的触变助剂体系由分别占墨水总质量0.1～0.8％的温轮胶和1～10％的阿拉伯树胶复配组成，在本发明所揭示的中性笔墨水组合物中，在较少温轮胶添加量的情况下，阿拉伯树胶需要较高的添加量才能够使墨水体系取得令人满意的粘度，同时，较高的阿拉伯树胶添加量有利于束缚墨水组合物内的水等易挥发组分、提高墨水的脱帽稳定性。

制备 ^[2]

温轮胶的制备方法，包括发酵步骤，是将温轮胶的生产菌种接种于含有 碳源、氮源、无机盐和水的无菌培养基中进行发酵，发酵过程是在温度为29 ℃、pH为6.2-6.7的条件下进行需氧发酵，该方法的生产菌种选用鞘氨醇单 胞菌(Sphingomonas sp)CGMCC1561，对发酵终产物进行提取得到温轮胶。

发酵过程包括下列工艺步骤：

A、将原始菌种制成斜面菌种；

B、将A步骤中制备的斜面菌种经扩大培养制成种子液；

C、将B步骤中制备的种子液按种子液：发酵培养基为8％的接种量接入 发酵培养基接入发酵培养基进行发酵，其中发酵培养基包括下列组分(g/L)：

淀粉(水解糖)3.6      豆粕粉0.26        硝酸铵0.18

硫酸镁0.09           磷酸氢二钾0.11    碳酸钙0.11

微量元素0.001-0.0015

发酵中培养温度为29℃、pH6.2-6.7、通风量为0.15-1vvm、发酵周期 为72小时。

所述的A步骤中斜面菌种的制备过程中的培养基包括下列组分(g/L)：

蔗糖1-1.2         酵母膏0.25-0.3    牛肉膏0.25-0.3

蛋白胨0.1-0.15    琼脂2-2.2         消泡剂0.07-0.1

培养基的pH为6.2-6.7。

扩大培养包括一级扩大培养和二级扩大培养，将斜面菌种接入一级扩大 培养的培养基经发酵制成一级种子，其中一级扩大培养中培养基包括下列组 分(g/L)：

蔗糖1.1        酵母膏0.28       牛肉膏0.27

蛋白胨0.13     消泡剂0.07-0.1

培养基的pH为6.2-6.7、接种量为1-2％、培养温度为29℃、通风量为 0.12-0.2vvm、发酵周期为26小时。

二级扩大培养是将一级种子接入二级扩大培养的培养基经发酵制成二级 种子，二级扩大培养中的培养基包括下列组分(g/L)：

蔗糖0.85-1    淀粉0.2-0.25    硫酸铵0.15-0.2    豆粉0.15-0.2

磷酸氢二钾0.1-0.15    磷酸二氢钾0.04-0.05    硫酸镁0.01-0.15

消泡剂0.07-0.1

培养基的pH为6.2-6.7、接种量为8-10％、培养温度为25-36℃、通风量 为0.12-0.2vvm、发酵周期为20-24小时。

步骤C中所述的微量元素的组成是(g/L)：

柠檬酸0.1           Ca(OH)2 0.005    CuSO4·5H2O 2.5×10-5

CoSO4 2.8×10-5    MgSO4 0.0086    FeSO4 1.8×10-3

ZnSO4 2.8×10-5   H3BO4 6×10-6  MnSO4 8.3×10-5

对发酵终产物进行提取得到温轮胶包括如下工艺步骤：

(1)次预处理：将发酵液搅拌升温至65℃保温，降低至室温；

(2)第二次预处理：将经过次预处理后的发酵液中加入凝胶处理剂， 反应40分钟后，调整pH至3.8反应40分钟至发酵液呈微凝胶状；

(3)萃取：加入萃取剂，使温轮胶呈纤维状析出；

(4)过滤、洗脱色素和杂质、干燥、粉碎、筛分。

步骤(1)中所述的保温时间为1小时；步骤(2)中所述的凝胶处理剂 选用氯化钙，调整pH值选用盐酸；步骤(3)中的萃取剂选用乙醇；步骤(4) 中的洗脱色素和杂质选用85％-90％的乙醇，过滤选用离心机，干燥选用真空干燥。

主要参考资料

[1] 赵青林, 何涛, 陶方元, 郭王欢, & 周明凯. (2010). 温轮胶对高性能灌浆料流变性能的影响. 全国高强与高性能混凝土学术交流会.

[2] 周孔金, 赵青林, 曾鲁平, & 张禹. (2017). 改性温轮胶微丸对水泥浆体性能的影响及其作用机理研究. 武汉理工大学学报, 39(1), 22-27.

[3] 张玉琳. (2015). 温轮胶对水泥熟料单矿水化行为的影响. (Doctoral dissertation, 武汉理工大学).