黄原胶溶液

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第321页（3567字）

黄原胶(Xanthan Gun)是一种阴性菌胞外异聚多糖，属于生物高分子。

它具有增粘性、悬浮性、耐酸碱，抗盐钙等许多优异性能，广泛应用于探矿、钻井、食品等几十个工业部门。自1961年黄原胶问世以来，对它的性能研究逐渐展开。

黄原胶是聚电介质，其溶液的粘度、渗透压等显示出聚电介质所特有的浓度依赖性。

用加盐的方法可以抑制或消除黄原胶溶液在低浓度时比浓粘度的迅速增大。

1978年里瑙多(Rinaudo)等对黄原胶聚电介质粘度和离子强度、Na或Ca型黄原胶、H⁺浓度的关系进行了研究。1988年王德润等研究了黄原胶的粘度对离子强度的依赖性，结果表明随离子强度的增加，ηSP／C降低，当NaCl的浓度大于0．005mol／L时黄原胶聚电介质溶液行为得到很好的克服。

黄原胶是聚电介质，对它分子量的研究不同于普通高分子化合物。1970年丁特齐斯(Dintzis)等用经典光散射法测得黄原胶的分子量为2×10⁶。1977年霍尔兹沃思(Holzwarth)用超速离心沉降和透射电镜法分别测得黄原胶的分子量为15×10⁶和4×10⁶～20×10⁶。1980年索思温克(Southwinck)用动态光散射法测得黄原胶分子量为2．16×10⁶。而由MFS等式推算出其分子量为15×10⁶。王德润等曾用超速离心法、透射电镜法和小角激光光散射法对黄原胶的分子量进行研究，超速离心法以Svedderg方程算出分子量为2．5×10⁶。

此法比Holzwarth的方法简单，另外，采用高转速排除一切干扰因素，结果比较可靠。根据X－衍射结果认为黄原胶分子为五折，螺距为4．7μm单螺旋，根据透射电镜照片进行计算分子量为6．06×10⁶～25．65×10⁶。以KMX16小角激光光散射法测得黄原胶的分子量为2．36×10⁶。虽然对黄原胶溶液的性质、分子量的研究有许多困难，但国内外的研究工作者得到相一致的结果。

充分表明了它的客观性。

黄原胶分子具有多分散性，因此，对它的分子量的分布的研究很有必要。

1982年兰伯特(Lambert)用GPC与小角激光光散射联机方法测得其分子量分布指数为。1978年Holzwarth利用区域沉降辅以萤光示踪的方法测得黄原胶分子量分布指数为。1988年王德润等采用超声波切断技术，对黄原胶处理不同时间而获得一系列具有不同分子量的级分。然后以粘度计测其特性粘度，用小角激光光散射法测其分子量，以测得的不同分子量的黄原胶为标样，以GPC测出天然黄原胶的各种平均分子量及其分子量分布。由GPC给出4×10⁶，，，，［η］=2049．567，。王德润等根据黄原胶特性粘数和重均分子量从Mark-Houwink方程即［η］=KM^α中求出α=0．76，K=0．0258两个参数，为今后的研究工作提供了方便。

黄原胶多糖和普通高聚物一样是一个极复杂的体系。Holzwarth曾用透射电镜研究认为其原始结构为二股或三股右手螺旋。王德润等以扫描电镜研究了温度、浓度对黄原胶形貌的影响。认为在极稀的水溶液(1%以下)中黄原胶所固有的一种高级结构是由许多分子或多或少绕一个中心呈放射状卷曲排列而成的菊花状聚集态结构。用超声波处理后的电镜照片表明超声波能改变黄原胶的结构形貌。加热也同样破坏菊花状的四级结构。

1977年Holzwarth等用电子显微镜研究黄原胶在水中的构象，结果表明其构象是双螺旋。他们又从流体力学和光散射数据中估算出黄原胶水溶液中单分子单位长度和摩尔质量为2000／μm，这恰好是黄原胶单分子链理论的两倍。

陶卡赫罗(Tokahiro)用光散射法研究了黄原胶的NaCl水溶液中和以单分子的无规线圈形式存在的Cadoxen中的分子量，发现前者的分子量是后者的两倍。

王德润等根据黄原胶分子体积不同与分子量的差异用GPC法研究表明，黄原胶在NaCl水溶液中不只是由两个单分子形成的双螺旋构象而还有多个分子缔合的结果。整个大分子是由刚性片断连在一起的柔性链。对黄原胶单分子形貌在分变率较高的电镜(1．4×10^－10m)下观察，并从便性后的形态变化推测出黄原胶分子的二级结构是由40余个亚基组成的直径为4μm的右手双螺旋。

黄原胶分子三级结包括环状、线状、无规卷曲、发卡状等形式。

黄原胶的结构和性能决定了它的广泛应用。它的流变性质格外重要。近年来，陶科(Tako)研究了天然黄原胶与脱乙酰黄原胶在水介质中的流变性，测定了不同浓度黄原胶的动态粘度。

结果表明，天然黄原胶存在塑性。几乎总存在非牛顿流动，而脱乙酰黄原胶则在浓度低于0．3%或大于5%时才显示出来。

天然黄原胶在不同浓度下动态粘度与H⁺浓度无关，而脱乙酰的H⁺浓度降低，动态粘度降低。1988年王德润等曾用旋转粘度计研究了黄原胶的粘性行为，粘度与剪切速率的关系，结果表明，粘度随剪切速率的增加而降低，属于假塑性流体。

黄原胶液晶的形成强烈依赖它所在溶液的浓度。形成液晶时，溶液中的分子成层状排列，呈螺旋结构。马雷特(Maret)用偏光显微镜证明黄原胶水溶液(7．5%)有近似胆甾型液晶的长程有序。1982年萨拉莫内(Salamone)研究了黄原胶形成液晶的临界浓度为2．9%。

1985年王德润等用小角激光光散射法，偏光显微镜法，旋转粘度计法研究了黄原胶水溶液在不同浓度下的光学性质，结构区域及粘性行为。发现当溶液浓度达到3%时，呈现胆甾型液晶特征。还发现随温度升高溶液中胆甾区域扩大。直到68℃液晶依然存在。95℃时散射强度出现最小值。从而反映黄原胶形成液晶的程度。

1986年王德润等首先将Raman光谱用来研究结晶，结果表明液晶的形成只影响喇曼光谱的强度而与波数无关。王德润等还以DSC和X－衍射表征黄原胶液晶特点，并计算出黄原胶液晶面间距为5．88×10^－10m。

对黄原胶聚集态结构和分子水平的研究如上所述，但对其流变性和液晶研究甚少，特别是对其液晶的应用有待进一步研究。王德润预见如能将它的分子结构从β－1，4连接改变结构并准确测出是β－1，3连接，可能有新的功能，如抗肿瘤活性。

。【参考文献】：

1 Dintzis F R,et al. Carbohydr Res,1970,13:257～267

2 George. Holzwarth Molecular weight of xanthan polysaccharide,carbohyd Res, 1978.66:173-186

3 Southwick J G,et al. Quasielasticlightscattering studies of xanthan in solution Carbohydr Res. ,1980,84:287

4 Lambert F,et al. Gel permeation chromatography of the xanthan gum using a light scattering detector polymer Bulletin, 1982,7:185～189

5 Wang Derun. International Conference liquid crystal polymer, Bordeaux France, 1987,7:20

6 王德润，等．高分子学报，1988，1∶23

7 王德润，等．高分子学报，1990，1∶60～66

8 王德润，等．高分子学报，1990，3∶322～326

9 王德润，等．高等学校化学学报，1990，11(7)∶789～791

10 王德润，等．南开大学学报，1990，3

(天津师范大学陈慎之副教授撰；王德润审)