真菌硬葡聚糖的生走及在油田上的雁用李冰弓辰建法3wrn^(南京理工大孥化工孥院生物化工研究室南京210094)摘要：真菌小核菌(Sclerotiumsppl)走生一希重新型非商隹子型抗獸抗溫生物多糖聚合物2硬葡聚糖。備宗述了^糖的生走，畿酵徐件封生走的影譽及其在油田上的雁用。^^字：硬葡聚糖的生走油田，雁用中閽分^虢:中閽分^虢:Q93文獻(xiàn)檬^礪:A 文章褊虢:025322654(2003)0520099204PRODUCTIONOFFUNGALSCLEROGLUCANANDITSAPPLICATIONINTHEOILFIELDLIBing ZHANGJian2Fa JIANGPeng2Ju(InstituteofBiochemicalEngineering,NanjingUniversityofScience&Technolgy,Nanjing210094)Abstract:ScleroglucanproducedbySclerotiumspplisanon2ionicpolysaccharidebiopolymerwhichhasexcellentvis2cosifyingpowerinawidevarietyofreservoirbrinessnowshighshearresistanceandpossessesgoodthermalstabilitylThisarticlereviewstheproductionofScleroglucan,theinfluenceoftheconditionstothefermentation,andtheapplicationintheoilfield1Keywords:Scleroglucan,Production,Oilfield,Application硬葡聚糖(Scleroglucan)是真菌小核菌(Sclerotiumsppl)畿酵形成的胞外多糖生物聚合物，分子主^由0-1,3D-毗喃葡萄糖木啻成，每隔3侗葡萄糖罩元有一侗0-1,6-毗喃葡萄糖倡』金甌分子量約5.4>406,分子以棒狀三螺旋形存在，具有半廁性，使其具有很弓魚的增稠能力，抗溫和抗剪切的能力。由於分子盆恩的非雕子4生硬葡萄糖溶液的粘度封獸不敏感，主要性能僵於黃原B[1]oBffi特性〉夬定了其在工棠上的腐泛雁用，如造紙?zhí)摹⒂∪咎?、食品棠、在油田上作舄鱗井泥橐的增稠膂山堵漏和完井￥夜特別是在三次探油上有巨大的雁用潛力[2]o圈1 硬葡聚糖的化孥矣苗啻硬葡聚糖的生走硬葡聚糖最初由美閾Pittsburg公司生走彳爰由法HSanofiIndustrie公司IB了^利。成^Bffi生物聚合物的主要生走蔽家。SanofiIndustrie公司探用的菌ffi^W整小核菌(Sclerotiumrolfsii),走品有麗侗牌號麻將畿酵液用醇^沉)殿，乾燥得到的固髓粉狀粉末走品ActigumCS26,它含有菌^瞟硬葡聚糖成分約占75%;將畿酵液經(jīng)BBS,除去菌^髓彳爰再沉)殿，乾燥得到的固髓粉狀走品ActigumCS211,B瀚爰而未^乾燥的畿酵液，彳再舄ActigumCS211L。FrankE等畿說了硬葡聚糖是希重新型微生物多糖[3],亞於1967年封其生走方法申志青了暮利。他仍以Sclerotiumsppl如Sclerotiumrolfsii,Sclerotiumglucanianm等舄生走菌株，以D-木糖，蔗糖,D-甘露糖,D-葡萄糖,D-半乳糖,D-果糖，婁芽糖，^備隹二糖,，L-鼠李糖，丙三醇，^備隹素和木聚糖中的一重或畿重舄碳源生走硬葡聚艘他仍可利用多希重碳水化合物，甚至可用康料作碳源以下舄一曾經(jīng)使用遺的培著基,成分舄H2O1000mL,NaNO33g,KH2PO41g,KCl015g,MgSO4?7H2O015g，酵胃膏原，一水樗檬酸017g,蔗糖30g,初始pH4.5［4］。硬葡聚糖的畿酵屠於生畏^聊型。一旦在培著基中接入重子液，多糖的分泌便^始了，亞以不同的生走速度持^下去，直到碳源被利用完舄止。畿酵在20C—37C簸圉內(nèi)均可走生多糖，走糖的最佳溫度?S^25°C—30°C.在最佳培著徐件下，在2一6d內(nèi)，均可以得到是重多糖，最高走量建9.5g/L。俺管培著基的初始pH值不是至^重要的，但仍＞^1品的^量和生走速率^生影警。初始pH在2.0—9.0的簸圉內(nèi)均可走生多糖，走糖最佳pH在3.5—5.5的簸圉內(nèi)。一些研究表明，在畿酵的遺程中不封pH誰行控制，畿酵液中多糖的澧度將畬大幅度降低。而另外一些資料幸艮^,亞不必封畿酵遺程中的pH誰行控制。WangY等通遺在標(biāo)升式畿酵曜中的畿酵?^^^,在低通標(biāo)量畤是不必要的，而在高通標(biāo)量B寺控制pH將提高走量［5］。碳源及其澧度：俺管Sclerotiumspp.可以利用多重碳源，但畿酵中常用的碳源舄葡萄糖和蔗糖，碳源的最佳初始澧度舄3%—15%,但遺高的碳源畬封菌髓的生畏走生抑制，亞且影警走品的^量［6］。在硬葡聚糖的畿酵中,Sclerotium可以利用不同的氮源。酵胃膏用量封多糖的走量走生^著的影暑其他合遒的有檄氮源的加入也能提高走品的走量［7］。在照檄氮源中您常使用的是no3-和nh4+,很多孥者言忍舄，控制氮源封多糖的形成有^著的影警。而以no3-作舄氮源，真菌的生物量和多糖的走量要高於以nh4+作舄氮源的生物量和多糖的走量。生物量的增加隨著氮源用量的增加而增加，而多糖的走量也有典此相同的趟勢，氮源的起始澧度越高，是希重趟勢越明累鼠控制氮源可以促誰真菌中硬葡聚糖的形成，亞且是也是畿酵控制中一希重最常見的形式。畿酵遺程中控制PO43-可以提高多糖/生物量，亞且效果要僵於控制氮源隨著kh2po4的起始澧度用量的增加，最大生物量澧度上升而硬葡聚糖的走量畬下降，其最遒用量舄0.5g/L［8］。一些研究表明，大型畿酵曜中的畿酵液混合程度在高粘度的畿酵中可能畬影警畿酵的走量，而有效的混合能豹提高硬葡聚糖的走量。也有研究表明，在Sclerotiunffl畿酵中高的剪切力有利於促誰硬葡聚糖的形成［9］,授拌速率可能影警所有是些因素，但在授拌畿酵中，所有是些因素很雉相互匾別舞生物量和硬葡聚糖澧度隨著授拌速度的增加均畬出現(xiàn)一侗最大值，超?B^^拌速度彳爰，畿酵液的生物量畬降低。是可能是因舄物理剪切。遺高的授拌速度畬降低走品的分子量［8］。接重量不是影警硬葡聚糖畿酵的主要的因素，但是大一些的接重量畬在蛟短的畤^內(nèi)得到蛟高的多糖走量。一般來^,其接希重量舄10%。加入一些合遒的照騷物的加入也能使明累^的提高多糖的走量。SchilingBM堊寸硬葡聚糖的速^培著誰行了研究，走量可建7.2g/L/d,是分批畿酵的2倍［10］。走品分散性的改逵在油田上雁用的水溶性聚合物，堊寸控制油井中流髓的流勤性很重要。富溶液在注入畤，良好的分散性封避免堵塞油井是必不可少的言午多作者注意到，只有改善硬葡聚糖的可遺濾性才能促誰其作舄流勤性^筋聚合物的畿展前景已經(jīng)提出了一些方法改善聚合物水溶液遺濾性和分散性的有效方法［11］。是些方法往往是在聚合物溶液中使用表面活性蒯，亞且只有富聚合物溶解彳爰才使用。生化合成工婪和彳爰提取工婪的改誰也可提高走品的可遺濾」性如堊寸硬葡聚糖溶液誰行剪切和熟虔理RosangelP在聚合物裂偷的遺程中加入表面活性蒯，硬葡聚糖在以粉末狀包裝存在畤提高其聚合物溶液的分散性和遙■性［12］。有人在裂偷的遺程中使用了一重新的乾燥方法，先用斡空標(biāo)虔理一段畤^,彳爰暫熊(200ms))咸厘至真空(50mbar),迫圈多次，是檬得到的走品有蛟好的分散性［13］。硬葡聚糖在油田上的雁用硬葡聚糖作舄^油^目前已經(jīng)研究出午多重用於提高原油探收率的聚合物，包括黃原膝，水解聚丙烯酰胺，硬葡聚糖，丙烯酸典丙烯酰胺的共聚物，挫乙基^備隹素等，具有商棠吸引力的只有麗美臭聚丙烯酰胺和生物聚合物。而目前比蛟成熟的抗獸聚合物主要是黃原月裂挫乙基^隹素和硬葡聚糖。硬葡聚糖的主要僵黑占是熟穗定性好，遒雁溫度高，在80°C人造的高碳化度地屑水中可隹持3彳固月。在90C海水中粘度可保持500d。在黃原膝已不遒雁的高碳化度和高溫徐件下，硬葡聚糖也可用作提高探收率的流度控制蒯，增稠能力弓真大的是黃原膝的2倍。隨著NaCl澧度的增加，硬葡聚糖的粘度燮化比黃原膝小，^明硬葡聚糖比黃原膝更耐S,^!品pH的?fi?M,最高可建12;在孔隙介^中的流勤性能也最佳，而且吸附量低。由此可見，硬葡聚糖是一希重僵良的抗獸抗高溫的聚合物。在美^似于北海油藏的高溫(90C)、高2腐化度(TDS=3,600mgPL)和高厘徐件下，硬葡聚糖具有最大的雁用潛力［1］。KrishnaswamyS於1987年用硬葡聚糖作舄增稠蒯和^油蒯申志青了暮利［14］。硬葡聚糖作舄^剖蒯在注水波及效率低的油屑，由於高滲透屑或裂縫，用?B^剖蒯可以改善注水波及彳系敷，提高探收率。是重)柬膝可雁用于注水井，也可雁用于生走井，誰行近井地帶或油屑深屑^剖。最通用的瀚參由交夠閽和聚合物交腳啻成硬葡聚糖不能直接和Gr3+誰行交聊，重導(dǎo)各酸獸可把硬葡聚糖上的挫基氧化成羧基彳爰，典Gr3+交聊而形成)柬月紈15]。而￡告獸也可典硬葡聚糖交聊。Kohler於1992年申志青了暮利，以金太^,￡告獸或隔雕子的冬2挫基聚合物典硬葡聚糖交聊成膝，阻止水誰入生走井，^而降低走出液的含水量。由於硬葡聚糖具有降低失水量、增粘、抑制黏土膨月艮等作用，可雁用在惡劣彳|條件的鱗井。我閾油田的油藏條件燮化蛟大，既有中溫低獸油藏，又有高溫中獸、高溫高獸油藏。誰入20世別己80年代以來，我閾束部大部分油田先彳爰誰入高含水^畿，需要各ffiWlS油措施和3次探油技彳桁。加弓魚封硬葡聚糖等耐溫、耐獸生物聚合物的^畿必將促誰我閾探油工棠的畿展。參考文獻(xiàn)[1]剽一江，剽稹松，黃忠槁，等1聚合物和二氧化碳^油技彳桁1北京：中閾石化出版社,200111—21[2]WangY1CritRevBiotechnol,1996,16:185一2151[3]FrankEH,MinnetonkaM1USPatent13301848119671[4]FarinaJI,SantosVE,PerottiNI,etcUWJMicrobBiotechnol,1999,15:309—3161[5]WangY,McNeilB1JTechBiotechnol,1995,63:215一2221[6]TahrhesiaS,McNeilB1EnzMicrobTechnol,1994,16(3):2232281[7]HaltrichD1InstChemEngSymp,1994,6:461[8]TaurhesiaS,McNeilB1JChemTechBiotechnol,1994,59:1571631[9]WernauWC1DerIndMicrob,1985,26:263一2691[10]SchilingBM1BioprocEng,2000,22:57—611[11]RosangelaP,HuetY,DoncheA,etal1USPatent15224988119931[12]RosangelaP,HuetY,DoncheA,etal1USPatent15323857119941[13]MaacheRZ,RezzougSA1DryTechnol,2001,19(8):196119741[14]KrishnaswamyK1USPatent14647312119871[15]史凰琴1世界石油科孥，1996,(6):46一5413.3 硬葡聚糖硬葡聚糖（一希重非雕子型水溶分散性多糖）由於具有良好的熟穗定性、耐溫性和抗剪切性能。上世^80年代初在石油工棠引起了腐泛^注。最常用的硬葡聚糖堵蒯舄）柬膝髓系,目前已有各重交聊髓系冏世［13］。由於它可用於高溫70一130C、高碳化度、育）H值及高剪切下堵水，因而可雁用于注水井，也可雁用于生走井，誰行近井地帶或油屑深戴周剖硬葡聚糖不能直接和Cr3+誰行交聊,重導(dǎo)各酸獸可把硬葡聚糖上的挫基氧化成羧基彳爰，典Cr3+交聊而形成?B［15］。^獸也以^似的檄理典硬葡聚糖交聊。另撮^利幸艮密16］，以金太毒^獸或隔雕子的a-挫基聚合物典硬葡聚糖交聊成月參，可阻止水誰入生走井，^而降低走出液的含水量。由於硬葡聚糖具有降低失水量、增粘、抑制黏土膨月艮等作用，可雁用在惡劣徐件的鱗井。6存在冏題及畿展方向天然高分子用於油田堵水員隹然有言午多僵黑損旦也存在著些冏題。）殿粉、黃胞膝、^備隹素衍生物、硬葡聚糖、瓜膝等天然高分子志周剖堵水蒯已被研究用於油田堵水^剖，但多敷尚虔於^焉食室研究陪段,距說埸雁用^焉食及生走使用遢有一定的困雉。例如）殿粉^走品的抗溫能力差，使其誰一步雁用受到限制,而且提高）殿粉^堵蒯的抗溫性能的技休謙度很大旌乙基獻(xiàn)隹素、羧甲基挫乙基燮改性^隹素曾被用作志周剖蒯,其耐獸性蛟好,但易生物降解，需加入殺殳菌蒯，因此如何^畿耐高溫不易降解,有效期畏的天然高分子堵蒯成舄天然高分子堵水^剖蒯的畿展方向。瓜膝員隹然具有耐剪切、耐獸性等僵黑占，但其成本蛟高限制了其雁用。各希重天然高分子堵水^剖剖性能各具』堇能雁用于特定油藏，因此將各希重性能僵良的天然高分子堵蒯鮑合不僮可以）咸少作棠次敷，且僵格相封蛟舄低廉，效果蛟好，值得大力推腐。上述畿重堵蒯除隔雕子聚合物NCP外，均是堊寸近井地帶的堵水^剖,

其?S有限崖寸啟者屑深部的不均^性不能改善，因此深部天然高分子堵蒯也是重要的研究方向。2小核菌多糖｛Scleroglucan)小核菌多糖的分子結(jié)構(gòu)小核菌多糖（Scleroglutan｝是由小核菌屬（sclerotium）的一些種產(chǎn)生的胞外多糖,Hal-leck的專利最早報道了sclerotium屬內(nèi)的S.Glucanium和S.rolfsii產(chǎn)生多糖的一些性質(zhì)⑧處,后來又確定該多糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)，該多糖主鏈由葡萄糖以3-1.3鍵連結(jié)成，每三個葡萄糖以3-1.6鍵連結(jié)另外的菊萄糖成為側(cè)鏈（結(jié)構(gòu)見圖2）。工業(yè)上生產(chǎn)小核菌多糖是好氧深層發(fā)酵法生產(chǎn)g，以葡萄糖為碳源、硝酸鈉為氮源，添加少量無機(jī)鹽及玉米漿，發(fā)酵起始pH=4.5左右,周期為60h.發(fā)酵液經(jīng)過濾去掉雜質(zhì)及菌絲體,有機(jī)溶劑沉淀得到多糖。分子量范圍L9X10，?2.5X105,在水溶液其構(gòu)象呈三線相互純結(jié)，這種特性賦予該多糖，在低濃度下呈現(xiàn)很高的粘小核菌多糖的分子結(jié)構(gòu)度；當(dāng)有剪切力時，分子散開，粘度下降，當(dāng)去除剪切力后又恢復(fù)原來粘度，表現(xiàn)出良好假塑性,使得該多糖具優(yōu)良的懸浮性（圖3）。此外，小核菌多糖可與多種鹽類配伍，而不降低粘度，見表6.這種性質(zhì)使其可用于液體流動殺蟲劑和液體肥料⑴，近年來液體肥料開始應(yīng)用,其有幾個優(yōu)點：（1）產(chǎn)品無須太純，降低了成本;（2）容易分析其成份；（3）微量元素懸浮性好，分散均一；（4）可加入殺蟲劑?？捎糜诟鞣N肥料如鉀肥、氮肥和磷肥，常用的磷酸鉉，用其他多糖作懸浮劑時，多糖易析出，而用小核菌多糖則可克服這些缺陷。圖4為黃原膠與小核菌多糖對磷酸鉉的耐受性。該多糖的粘度在高溫下穩(wěn)定，很適于懸浮液體殺蟲劑，因為它通常在高溫下（夏季）使用和貯存。表6小核菌多糖對各種鹽類的耐受性鹽種類濃度（％）13510]520NaCl+十+膠化膠化膠化MgCls++++++CaCI?十++++FcCh++++十+Na^SO]++十沉淀MgSOi++沉淀Al2(SOt)3十沉淀NaHPO,+++注：十：粘度增加一：粘度減少

If四、硬葡聚醣(Sclerogluca)之化翌卸啻http://www.degussa-health-nutrition.eom/skw_texturant/html/e/products/scleroglucan/mole.htm硬葡聚醣(Scleroglucanf四)亦J!於T重b-D-葡萄聚醣，典卡德酬參不同的是除1,3-b-D-葡萄糖主^外，其多了1—6富建布吉之支$渣。由敷重真菌所生走，包括Sclerotiumrolfsii及木腐搪子菌Schizophyllumcommune。有些聚合物分枝程度燮巽甚大，而此影警它仍的溶解度。S.commune生走的小核菌葡聚糖的分枝可能規(guī)律地道結(jié)至主抽國隔三侗的葡萄糖上。分子量的簸圉的舄1.3x105至6x105,有些如Sclerotiumglucanicum生走的葡萄聚醣之分子量購氐(的18000Da)。聚多醣的水溶液黏度高，其中聚合物舄三股螺旋的^形。硬葡聚醣溶液舄假塑性，且超遏20-90C其黏度不太舄影警。聚合物舄中性的，硬葡聚醣的假塑性不舄不同的雕子所影警，因此月券遏如良用玉米糖膝之聚陪雕子特性。於^多日本暮利中，其可用於改善)令)柬食品、日本蛋糕、米裂黑占心及糕黑占走品之品^。ScleroglucanFunctionalityScleroglucanexhibitsuniqueproperties,suchas:Highthermalstability:Unlikemostnaturalandsyntheticgums,hightemperaturehaslittleeffectontheviscosityofasolutionofScleroglucan.Below10°C(50°F),thesolutionshaveasemi-gelledappearancewhichdisappearsonshakingorheating.SolutionsofScleroglucanmaybesterilizedbyheatingat121°C(250°F)for20hourswithoutaffectingitsviscosity.Yieldvalueandviscosity:SolutionsofScleroglucanhaveapseudoplasticbehavior,withahighyieldvalue.Thisyieldvalueresultsinsolutionsofhighsuspensionpowerwithgoodpouringproperties.-Anti-settlingproperties:BecauseofthehighyieldvalueofScleroglucan,itisextremelyeffectiveinholdingparticlesinsuspension,instaticaswellasindynamicconditions,withouttheriskofsedimentation.-Compatibilities:Duetoitsnon-ioniccharacter,ScleroglucanisnotaffectedbyacidsandalkalisoverawidepHrange(2.5to12)andbymostelectrolytes.Itiscompatible,withoutsynergism,withmostoftheotherthickenerssuchasGuarGum,LocustBeanGum,Alginate,Gelatin,XanthanGum,Carrageenans,andCellulosederivatives.Itisalsocompatiblewithmostwidely-usedsurfactantssuchassulfates,sulfonatesandquaternaryammoniumsalts.Scleroglucanremainssolubleinmixturescontainingupto50%ofpolyolsandglycols.MolecularStructureScleroglucanisapolysaccharideyieldingonlyglucoseoncompletehydrolisis.Althoughitproducesaqueoussolutionswithaveryhighviscosity,itsmolecularweightisnotveryhigh:Mw=540,000.Thechemicalstructureconsistsofbeta-1,3-D-glucoseresidueswithonebeta-1,6-D-glucosesidechaineverythreemainresidues.CHEMICALSTRUCTUREOFSCLEROGLUCANDissolvedScleroglucanchainsalsoassumearod-liketriplehelicalstructure,inwhichtheglucoseresiduesareontheoutside,thuspreventingthehelicesfromcomingclosetoeachotherandaggregating.Inaddition,ScleroglucanmoleculesareinasinglechainrandomcoilstatewhentheyaredissolvedinDMSOorwhenthepHisgreaterthan12.5.ManufacturingProcessScleroglucanisproducedbyfermentationofafilamentousfungusofthegenusSclerotium.

ScleroglucanisproducedinourplantofBaupte(Normandy),France.MainApplicationsThankstoitsuniquerheologicalproperties,Scleroglucanisusedinawidevarietyoftechnicalapplications:Oilindustry:DrillingmudsSpacerfluidsAsphaltemulsionsCosmeticsOthertechnicaluses:AdhesivesWatercolorPrintinginksBrandNamesScleroglucanissoldunderthebrandnameACTIGUMCS./texturant/html/e/products/sclero.htm3.FungalB-glucans:SchizophyllanandScleroglucanPDDr.UdoRauThefilamentouslygrowingfungiSchizophyllumcommuneandSclerotiumrolfsiisecreteextracellularpolysaccharides,calledSchizophyllanandScleroglucan,respectively,duringgrowth.Bothgumspossessanidenticalprimarymolecularstructureconsistingofabackbonechainof1,3-B-D-glucopyranoseunitslinkedwithsingle1,6-bounded13-D-glucopyranosesatabouteverythirdglucosemoleculeinthebasicchain.Themolecularweightvariesbetween6and12.AwiderangeofcarbonsourcessustainbothgrowthandB-glucanformation.Simplemono-ordisaccharides,suchasglucose,xylose,mannose,sucrose,maltosebutalsogalactoseareutilizedaswellaspolysaccharidesasstarchorxylan.However,bestresultswereachievedwithglucoseascarbonandenergysource.Shearstressasaresultoftheimpellertypeusedandrotationspeedappliedaswellasanoptimumbutnotmaximumoxygensupplyarethekeyfactorsforenhancedproduc^ion.Batchcultivationsperformedunderoxygenlimitationresultedmaximumyieldsof13g/LforbothB-glucans.Bothfungiunderlieanglucose-inducedrepressionoftheformationofB-glucanases.Therefore,cultivationswereterminatedafterglucoseconsumption.Amajordifferencebetweenbothfungiexistsintheformationofdiverseby-products.WhileS.communeformsethanolS.rolfsiidoesnotpossessafermentationpathway,however,secretesoxalicacidbytheglyoxylatepathway.Inoxygenlimitedchemostatswithbiomassfeedbackmaximumproductivitiesof95g/Ldwereattained.OptimizedprocessandfiltrationconditionsresultedacellfreeandundilutedB-glucansolutionattheoutletofthebioreactor.Thesubsequentdownstreamprocesswasalsocarriedoutbycrossflowfiltrationtechniques.AqueoussolutionsoftheB-glucansshowthixotr。言十ic,pseudoplasticandv嗔coelasticbehaviour.CibaSpecialtyChemicals(Grenzach/Basel)distributesScleroglucanunderthetrademarkTinocareLwhichcanbeusedforfollowingapplications:Scincareproducts:Aftersunandantiwrinkleproducts,moisturizingcreams,suncareformulationsOralcareproducts:Toothpastesand