Welan-Gum ist ein hochmolekulares mikrobielles Exopolysaccharid, das von Alcaligenes-Spezies (heute innerhalb der Gattung Sphingomonas klassifiziert) durch aerobe Fermentation produziert wird. Es wird wegen seiner außergewöhnlichen rheologischen Stabilität unter harten Umweltbedingungen geschätzt.
Molekulare Struktur
Welan-Gum besteht aus einer linearen Tetrasaccharid-Wiederholungseinheit →4)-β-D-Glcp-(1→4)-β-D-GlcpA-(1→4)-β-D-Glcp-(1→4)-α-L-Rhap-(1→, mit einer einzelnen Seitenkette aus entweder α-L-Rhamnopyranosyl- oder α-L-Mannopyranosyl-Resten (in einem ungefähren Verhältnis von 2:1), die an der C-3-Position der vierten Glucoseeinheit angehängt ist. Zusätzlich sind O-Acetylgruppen mit einer durchschnittlichen Häufigkeit von einer pro Wiederholungseinheit vorhanden. Das resultierende Polymer weist ein Molekulargewicht im Bereich von etwa 1–10 × 106 Da auf und nimmt in Lösung eine dreifache Doppelhelix-Konformation an, die durch ausgedehnte Wasserstoffbrückenbindungen stabilisiert wird. Im Vergleich zu Gellan-Gum zeigt Welan-Gum eine größere Kettensteifigkeit, die auf die sterische Abschirmung der Carboxylatgruppen durch die Seitenketten zurückzuführen ist.
Produktion und Eigenschaften
Welan-Gum wird durch Fermentation von Glucose oder Melasse mit Alcaligenes sp. ATCC 31555 bei etwa 30 °C und pH 6,5–7,0 unter Bedingungen hoher Belüftung hergestellt, gefolgt von einer Rückgewinnung durch Alkoholfällung, um ein cremefarbenes Pulver zu erhalten. Aufgrund seines Glucuronsäuregehalts verhält sich das Polymer als anionisches Polyelektrolyt und zeigt ausgeprägte scherentzähende Viskosität, Fließgrenze, Thixotropie und viskoelastisches Verhalten. Diese Eigenschaften sind denen von Xanthan-Gum in hochsalzhaltigen Medien wie Sole und Meerwasser überlegen. Wässrige Lösungen bleiben bei Temperaturen bis zu 120 °C, in einem breiten pH-Bereich (2–12) und bei Natriumchlorid-Konzentrationen bis zu 20 % stabil. Varianten mit höherem Mannose-Seitenkettenanteil zeigen höhere Speicher- und Verlustmoduli.
Biomedizinische Anwendungen
Die gute Biokompatibilität von Welan-Gum ermöglicht seine Verwendung in Hydrogel-Formulierungen für kontrollierte Arzneimittelabgabesysteme und in Gerüstmaterialien für das Tissue Engineering. Seine geringe Immunogenität erlaubt zudem den Einsatz als pharmazeutischer viskositätsmodifizierender Hilfsstoff. Die derzeit begrenzte Verfügbarkeit klinischer Daten schränkt jedoch eine breitere therapeutische Anwendung ein.