双水相萃取实验
《双水相萃取技术》课件
03
双水相萃取技术的实验操作
实验准备
01
02
03
实验材料
准备双水相萃取所需的试 剂和材料，如蛋白质溶液 、双水相体系、离心管等 。
实验设备
确保实验所需的设备齐全 ，如离心机、天平、量筒 等。
安全措施
确保实验环境安全，穿戴 适当的实验服和护目镜， 避免试剂溅出。
实验步骤
加入蛋白质溶液
将待分离的蛋白质溶液加入离 心管中。
应用范围广泛
该技术在生物、医药、环保等领域有 广泛应用，可用于蛋白质、酶、细胞 等的分离和纯化。
操作简便高效
双水相萃取技术操作简单，分离速度 快，可实现大规模生产。
环境友好
该技术使用无毒或低毒性的物质，对 环境友好，符合绿色化学的发展趋势 。
技术展望
深入研究机理
进一步深入研究双水相萃取技术的机理，提高分 离效率和选择性。
蛋白质回收率测定
测定蛋白质的回收率，评估双水相萃取技术的效 果。
3
数据分析
对实验数据进行统计分析，了解双水相萃取技术 的分离效果和影响因素。
04
双水相萃取技术的优缺点
技术优势
高分离效率
双水相萃取技术能够实现高效率的分离过程，对于一些难以分离 的物质，如蛋白质、酶等，能够实现快速、准确的分离。
低成本
收集上清液
将上清液收集到适当的容器中 ，以便后续分析。
配制双水相体系
按照所需的浓度配制双水相体 系，确保比例准确。
离心分离
将离心管放入离心机中，设定 适当的转速和时间进行离心分 离。
清洗沉淀
清洗离心管中的沉淀，确保蛋 白质的纯度和回收率。
实验结果分析
1 2
生物工程实验---双水相萃取糖化酶
双水相萃取糖化酶一、实验目的1、了解双水相萃取在生物活性物质提取中的重要作用与意义，及其与传统溶媒萃取技术的异同。
2、加深对分配系数K 、相比R 、收率Y 等基本概念的认识及相图的制作，掌握液液萃取中基本实验技术。
二、实验原理双水相萃取技术是分离纯化蛋白质混合物等生物大分子的有效方法。
双水相系统通常是由水溶性的两种聚合物组成或一种水溶性聚合物与一种盐组成，相对于传统溶剂萃取来说，双水相萃取的最大优势在于双水相体系可为生物活性物质提供一个温和的活性环境，因而可在萃取过程中保持生物物质的活性和构象，而且双水相技术具有处理量大、能耗低、易连续化操作和工程放大等优点。
生物大分子在双水相上相和下相的浓度比被定义为分配系数（K=Cb/Ct ）。
在双水相系统中有许多因素影响分配系数，包括系统本身的因素如系统组成、聚合物分子量、聚合物浓度、盐和离子强度、pH 等，以及目标产物的性质如疏水作用、电荷、分子量等，通过大量实验研究可以获得特定蛋白质和生物大分子的最适宜分离的相系统和最优分配的。
糖化酶亦称淀粉α-1，4葡萄糖苷酶。
这类酶作用于淀粉分子末端，从淀粉非还原性末端顺次切开α-1，4糖苷键，生成葡萄糖。
它们也能作用于支链淀粉的α-1，6键，但速度较慢，因此分解产物全部为葡萄糖，作用结果使糖的还原能力迅速增高。
本实验选用PEG400-(NH4)2SO4为双水相系统，从发酵液中萃取糖化酶。
表观分配系数bt C C K =相比bt V V R =收率RKRK C V C V C V Y bb t t tt +=+==1上、下相酶总量上相酶总量式中: C b 、C t 分别为下、上相酶浓度（活性）；V b 、V t 分别为下相、上相的体积。
物料衡算：加入的原液总酶活=上相酶活×上相体积+下相酶活×下相体积三、实验仪器与药品仪器：天平 恒温水浴 离心机 液相混合器 刻度试管 吸管 酸式滴定管等 药品：糖化酶 PEG400、(NH 4)2SO 4、2%可溶性淀粉、0.15M NaOH 、1M H 2SO 4四、实验步骤（一）、PEG400-(NH 4)2SO 4双水相系统相图的制作1.配制40％的硫酸铵溶液（已经配好）。
实验五 双水相萃取及分配系数的测定
1.200g/mL。 ⑶ 按质量百分比配制3管（各8g,要求完全溶解，混合均匀）。
添加
顺序 管
PEG
PEG
40%
质量浓度5%
质量浓度10%
丙醇 磷酸钾 硫酸铵
双水相萃取的基本特点
(1) 体 系 有 生 物 亲 和 性 。 两 相 中 的 水 分 含 量 通 常 高 达 65%～90% ，所用的PEG、dextran等高聚物或磷酸盐、硫 酸盐等无机盐对蛋白质、核酸等生物活性物质无毒害，甚 至还有稳定保护作用，而且相界面张力比水-有机或有机有机两相体系的界面张力要小1～3 个数量级。由于生物 活性物质在有机溶剂中易变性，再加上有的生物活性物质 亲水性很强，不溶于有机溶剂，有机溶剂萃取等分离技术 难以在生物活性物质的分离中发挥其效能。
K=C1/C2
思考题：
1、常用双水相体系有哪些？双水相体系形成 的原因是什么？
2、影响双水相成相的因素有哪些？
双水相萃取概述
现代生物技术中，基因工程产品如蛋白质和酶往往是胞内 产品，需经细胞破碎后才能提取、纯化，细胞颗粒尺寸的 变化给固-液分离带来了困难，同时这类产品的活性和功能 对pH值、温度和离子强度等环境因素特别敏感。由于它们 在有机溶剂中的溶解度低并且会变性，因此传统的溶剂萃 取法并不适合。采用在有机相中添加表面活性剂产生反胶 束的办法可克服这些问题，但同样存在相的分离问题。因 此基因工程产品的商业化迫切需要开发适合大规模生产的、 经济简便的、快速高效的分离纯化技术。其中双水相萃取 技术(又称水溶液两相分配技术)是近年来出现的引人注目、 极有前途的新型分离技术。
萃取技术—双水相萃取技术(药物分离纯化课件)
内侧流 外侧 分配 萃取物
体 流体 系数
细胞色素 C 磷酸盐 PEG 0.18 肌红蛋白 磷酸盐 PEG 0.009 过氧化氢酶 磷酸盐 PEG 0.12 尿激酶 磷酸盐 PEG 0.65
内侧流 速,cm/s
16.3 4.0 16.3 16.3
外侧流 传质系 速,cm/s 数,cm/s
6.6 5.5?0 -6 5.0 7.5?0 -7 5.0 2.8?0 -5 5.0 2.0?0 -4
双水相萃取的应用--双水相萃取技术（萃取技术）
1.双水相萃取的应用
双水相分离条件 （1） 目的分子与细胞应分配在不同的相 （2） 分配系数应足够大 （3） 离心机容易分离
双水相萃取的应用
分离物质
举例
体系
NaDS-硫酸葡聚糖
酶 核酸 生长素 病毒 干扰素
细胞组织
过氧化氢酶的分离 分离有活性核酸DNA 人生长激素的纯化 脊髓病毒和线病毒纯化 分离β－干扰素
双水相萃取的应用--双水相萃取技术（萃取技术）
2.双水相萃取分离技术的发展方向 （1）廉价双水相体系的开发
优点： (1)蛋白质溶解度大。蛋白质在PPT浓度到15％以前没有沉淀，但在PEG浓度大于
5％时，溶解度显著地减小，在盐溶液中的溶解度更小。 (2)粘度小。PPT的粘度是粗dextran的1/2,传质好。 ⑶价格便宜。PPT几十$/kg,粗dex几百$/kg
系线
TMB：系线连接双节线上两点的 直线。
在临界点处，分配系数为1
临界点
药物分离与纯化技术课程
3．双水相相图
系线反映的信息:
(1)系线长度：衡量两相间相对差别的尺度。越长则两相间性质差 别越大，反之则越小；趋向于零时，（双节线上的点，临界点）， 两相差别消失，成为均一相。
生物分离 双水相萃取试验指导
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，通系电1，力过根保管据护线生高0不产中仅工资2艺料22高试2可中卷以资配解料置决试技吊卷术顶要是层求指配，机置对组不电在规气进范设行高备继中进电资行保料空护试载高卷与中问带资题负料2荷试2，下卷而高总且中体可资配保料置障试时2卷，32调需3各控要类试在管验最路；大习对限题设度到备内位进来。行确在调保管整机路使组敷其高设在中过正资程常料1工试中况卷，下安要与全加过，强度并看工且25作尽52下可22都能护可地1关以缩于正小管常故路工障高作高中；中资对资料于料试继试卷电卷连保破接护坏管进范口行围处整，理核或高对者中定对资值某料，些试审异卷核常弯与高扁校中度对资固图料定纸试盒，卷位编工置写况.复进保杂行护设自层备动防与处腐装理跨置，接高尤地中其线资要弯料避曲试免半卷错径调误标试高方中等案资，，料要编试求5写、卷技重电保术要气护交设设装底备备置。4高调、动管中试电作线资高气，敷料中课并设3试资件且、技卷料中拒管术试试调绝路中验卷试动敷包方技作设含案术，技线以来术槽及避、系免管统不架启必等动要多方高项案中方；资式对料，整试为套卷解启突决动然高过停中程机语中。文高因电中此气资，课料电件试力中卷高管电中壁气资薄设料、备试接进卷口行保不调护严试装等工置问作调题并试，且技合进术理行，利过要用关求管运电线行力敷高保设中护技资装术料置。试做线卷到缆技准敷术确设指灵原导活则。。：对对在于于分调差线试动盒过保处程护，中装当高置不中高同资中电料资压试料回卷试路技卷交术调叉问试时题技，，术应作是采为指用调发金试电属人机隔员一板，变进需压行要器隔在组开事在处前发理掌生；握内同图部一纸故线资障槽料时内、，设需强备要电制进回造行路厂外须家部同出电时具源切高高断中中习资资题料料电试试源卷卷，试切线验除缆报从敷告而设与采完相用毕关高，技中要术资进资料行料试检，卷查并主和且要检了保测解护处现装理场置。设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
双水相萃取相图制作实验
实验一：双水相萃取的相图制作一、试验目的1了解双水相萃取的原理和发展历史、趋势2 掌握用浊点法制作双水相系统相图的方法。
二、试验原理某些亲水性高分子聚合物的水溶液超过一定浓度后可形成两相，并且在两相中水分占很大比例，即形成双水相。
常见的双水相系统可分为两类，即双聚合物体系和聚合物/盐体系。
双水相形成的条件和定量关系可用相图来表示，它是研究双水相萃取的基础。
相图是一根双节线，当成相组分的配比在曲线的下方时，系统为均匀的单相，混合后溶液澄清透明，称为均相区；当配比在曲线的上方时，能自动分成两相，称为两相区；若配比在曲线上，混合后，溶液恰好由澄清变为浑浊。
连接双节线上的两点的直线称为系线，它由三点确定,即M(初始混合物组成情况)、T(上相组成情况)、B(下相组成情况)，其中T/B互为共扼相。
系线越长，两相间的差别越大，当系线长度趋向零时，两相差别消失。
系线上系统的总浓度不同，但均分成组成相同体积不同的两相，两相体积服从杠杆规则：ＶＴ／ＶＢ＝ＢＭ／ＭＴ三、主要仪器设备漩涡振荡器、微量滴管装置、电子天平四、试验步骤1 双水相系统的制作精确配制43%（g/ml）的(NH4)2SO4溶液，并测定其密度。
另精确称取PEG400液体0.7g 于试管中，按表格中所列第一号数据，用吸管加入0.5毫升水，缓慢滴加已配制好的(NH4)2SO4溶液，并在混合器上混合，观察溶液的澄清程度，直至试管内溶液开始出现浑浊为止，记录(NH4)2SO4的加入量，根据密度求出重量。
然后按下表列出的第2号数据加入水，使其澄清，继续向试管中滴加(NH4)2SO4溶液，使其再次达到浑浊。
如此反复操作，计算每次达到浑浊时PEG400和(NH4)2SO4在系统总量中的百分含量。
2 相图的绘制以PEG400的重量百分比浓度为纵坐标，(NH4)2SO4的重量百分比浓度为横坐标作图，即得到一条双节线的相图。
五、注意事项1、微量滴定管在使用前必须先洗涤干净，否则容易产生气泡或发生堵塞现象。
蛋白分离纯化技术之双水相萃取技术
蛋白分离纯化技术之双水相萃取技术双水相萃取是一项蛋白分离和蛋白纯化技术，是利用物质在两相间的选择分配差异而进行分离提纯的，目前已经被广泛应用与医药化学、细胞生物学、生物化工和食品工业等领域。
双水相萃取技术用于提取蛋白质等生物活性物质时，具有操作简单、体系含水量高，在萃取过程中可以保持物质的构象稳定、蛋白不易失活并获得高的萃取率的特点。
1、双水相萃取技术可分离和纯化蛋白双水相萃取技术可以用于蛋白分离和蛋白纯化，包含在一些蛋白分离公司提供的服务。
早期，如在20世纪60年代，有研究者全面进行了生物大分子在双水相系统中的分配行为的研究，得到了蛋白质、酶、核酸、病毒、抗体抗原复合物以及细胞等的分配数据。
双水相系统具有温和的操作条件，对于在极性条件下易造成变性失活的蛋白质和酶的提取中表现出了很大的优势。
双水相萃取法进行蛋白分离和蛋白纯化的原理是：聚合物与聚合物之间或聚合物与盐之间由于分子空间阻碍作用形成了双水相。
当待分离物质进入体系后，由于各组分表面性质、电荷作用和各种力的作用和溶液环境的影响，使其在上、下相中的分配系数不同，通过调节体系参数使被分离物质在两相间选择性分配，从而实现目标组分的分离纯化。
双水相萃取技术进行蛋白分离和蛋白纯化具有以下优点：（1）易于放大，各种参数可以按照比例放大而不降低产物收率[1]；（2）双水相系统传质和平衡过程速度快，回收效率高、能耗较小；（3）易于进行连续化操作、设备简单，且可以直接与后续提纯工序相连接，无需进行特殊处理；（4）相分离条件温和，双水相体系的张力很小，有利于保持生物分子的活性，可以直接用在发酵液中；（5）影响双水相体系的因素比较复杂，可调参数多，便于改变操作条件提高纯化效果。
美迪西提供蛋白质分离纯化技术服务，可以根据客户要求，提供从小试到规模生产全程的蛋白分离纯化服务，并根据工艺的要求结合产品特点给客户定制适用的工艺和系统。
2、双水相萃取技术分离和纯化物质的研究α-淀粉酶是一类用途十分广泛的酶，在粮食、食品加工，以及医药行业等都经常使用，由于α-淀粉酶是具有重要应用价值的工业酶，周内外很多课题组对它进行了研究。
双水相萃取相图制作实验
实验一：双水相萃取的相图制作一、试验目的1了解双水相萃取的原理和发展历史、趋势2 掌握用浊点法制作双水相系统相图的方法。
二、试验原理某些亲水性高分子聚合物的水溶液超过一定浓度后可形成两相，并且在两相中水分占很大比例，即形成双水相。
常见的双水相系统可分为两类，即双聚合物体系和聚合物/盐体系。
双水相形成的条件和定量关系可用相图来表示，它是研究双水相萃取的基础。
相图是一根双节线，当成相组分的配比在曲线的下方时，系统为均匀的单相，混合后溶液澄清透明，称为均相区；当配比在曲线的上方时，能自动分成两相，称为两相区；若配比在曲线上，混合后，溶液恰好由澄清变为浑浊。
连接双节线上的两点的直线称为系线，它由三点确定,即M(初始混合物组成情况)、T(上相组成情况)、B(下相组成情况)，其中T/B互为共扼相。
系线越长，两相间的差别越大，当系线长度趋向零时，两相差别消失。
系线上系统的总浓度不同，但均分成组成相同体积不同的两相，两相体积服从杠杆规则：ＶＴ／ＶＢ＝ＢＭ／ＭＴ三、主要仪器设备漩涡振荡器、微量滴管装置、电子天平四、试验步骤1 双水相系统的制作精确配制43%（g/ml）的(NH4)2SO4溶液，并测定其密度。
另精确称取PEG400液体0.7g 于试管中，按表格中所列第一号数据，用吸管加入0.5毫升水，缓慢滴加已配制好的(NH4)2SO4溶液，并在混合器上混合，观察溶液的澄清程度，直至试管内溶液开始出现浑浊为止，记录(NH4)2SO4的加入量，根据密度求出重量。
然后按下表列出的第2号数据加入水，使其澄清，继续向试管中滴加(NH4)2SO4溶液，使其再次达到浑浊。
如此反复操作，计算每次达到浑浊时PEG400和(NH4)2SO4在系统总量中的百分含量。
2 相图的绘制以PEG400的重量百分比浓度为纵坐标，(NH4)2SO4的重量百分比浓度为横坐标作图，即得到一条双节线的相图。
五、注意事项1、微量滴定管在使用前必须先洗涤干净，否则容易产生气泡或发生堵塞现象。
实验二双水相萃取α淀粉酶分配平衡(精)
实验二双水相萃取α-淀粉酶的分配平衡实验一、实验目的与要求1掌握双水相萃取技术的基本原理和主要影响因素。
2了解目标产物的性质如等电点、电荷和分子量等。
3掌握熟悉聚乙二醇(PEG /硫酸铵体系双水相萃取实验操作。
4明确 PEG 分子量、硫酸铵浓度、 pH 和添加 NaCl 等因素对α-淀粉酶分配系数的影响。
二、实验器材和试剂1. 实验器材 :低速离心机;酸度计;涡流混合器;分光光度计2. 实验试剂 :PEG :(分子量分别为 1000、 2000、 4000、 6000、 8000 、硫酸铵、α-淀粉酶、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、氯化钠、考马斯亮蓝 G-250 三、实验原理双水相萃取技术在萃取胞内酶中应用广泛,最常采用的双水相体系是 PEG/Dex 或 PEG/低分子盐系统, 其中低分子盐最常采用的是硫酸铵、磷酸钾和硫酸镁。
PEG/磷酸钾双水相体系相图如上所示。
T 为上相浓度, B 为下相浓度 , C 为系统临界点, TCB 为临界线或双节线,双节线以上为两相区、以下为一相区或均相区。
因此两相浓度要足够高才可以形成两相。
双水相萃取分配系数 K=Ct /Cb ,为上相和下相的浓度比。
双水相系统分配系数的影响因素包括系统本身的因素如系统组成、聚合物分子量、聚合物浓度、盐和离子强度、 pH 等,以及目标产物的性质如疏水作用、电荷、等电点和分子量等。
利用双水相技术可以获得特定蛋白质和生物大分子的最适宜分离的相系统和最优分配。
相图中 TMB 为系线,其长度由相组成的总浓度决定,表征两相差异程度。
在临界点附近系线长度趋近于零,表示上相和下相的组成相同,因此分配系数应为 1。
随着 PEG 、硫酸铵和盐浓度增大,系线长度增加,上相和下相相对组成的差别就增加,酶在两相中的分配系数会受到极大的影响。
本实验采用 PEG/硫酸铵双水相体系研究α-淀粉酶的分配,具体研究 PEG 分子量、硫酸铵浓度、 pH 和添加 NaCl 浓度对α-淀粉酶分配系数的影响。
生物工程实验---双水相萃取糖化酶
双水相萃取糖化酶一、实验目的1、了解双水相萃取在生物活性物质提取中的重要作用与意义，及其与传统溶媒萃取技术的异同。
2、加深对分配系数K 、相比R 、收率Y 等基本概念的认识及相图的制作，掌握液液萃取中基本实验技术。
二、实验原理双水相萃取技术是分离纯化蛋白质混合物等生物大分子的有效方法。
双水相系统通常是由水溶性的两种聚合物组成或一种水溶性聚合物与一种盐组成，相对于传统溶剂萃取来说，双水相萃取的最大优势在于双水相体系可为生物活性物质提供一个温和的活性环境，因而可在萃取过程中保持生物物质的活性和构象，而且双水相技术具有处理量大、能耗低、易连续化操作和工程放大等优点。
生物大分子在双水相上相和下相的浓度比被定义为分配系数（K=Cb/Ct ）。
在双水相系统中有许多因素影响分配系数，包括系统本身的因素如系统组成、聚合物分子量、聚合物浓度、盐和离子强度、pH 等，以及目标产物的性质如疏水作用、电荷、分子量等，通过大量实验研究可以获得特定蛋白质和生物大分子的最适宜分离的相系统和最优分配的。
糖化酶亦称淀粉α-1，4葡萄糖苷酶。
这类酶作用于淀粉分子末端，从淀粉非还原性末端顺次切开α-1，4糖苷键，生成葡萄糖。
它们也能作用于支链淀粉的α-1，6键，但速度较慢，因此分解产物全部为葡萄糖，作用结果使糖的还原能力迅速增高。
本实验选用PEG400-(NH4)2SO4为双水相系统，从发酵液中萃取糖化酶。
表观分配系数bt C C K =相比bt V V R =收率RKRK C V C V C V Y bb t t tt +=+==1上、下相酶总量上相酶总量式中: C b 、C t 分别为下、上相酶浓度（活性）；V b 、V t 分别为下相、上相的体积。
物料衡算：加入的原液总酶活=上相酶活×上相体积+下相酶活×下相体积三、实验仪器与药品仪器：天平 恒温水浴 离心机 液相混合器 刻度试管 吸管 酸式滴定管等 药品：糖化酶 PEG400、(NH 4)2SO 4、2%可溶性淀粉、0.15M NaOH 、1M H 2SO 4四、实验步骤（一）、PEG400-(NH 4)2SO 4双水相系统相图的制作1.配制40％的硫酸铵溶液（已经配好）。
双水相体系配制与萃取实验报告
双水相体系配制与萃取实验报告标题：双水相体系配制与萃取实验报告摘要：本文旨在介绍双水相体系的配制和萃取实验，并从多个方面深入探讨双水相体系的原理、优势以及在化学实验中的应用。
通过配制不同体积比例的两相溶液，我们将研究它们在不同环境下的相互作用和分离效果。
本实验对于理解双水相体系的应用潜力以及深入探索其在分离和萃取过程中的优势具有重要意义。
1. 引言在化学实验中，分离和提纯目标物质是一项重要的任务。
传统的溶剂萃取方法虽然广泛应用，但常常存在一些限制，例如有毒有害溶剂的使用、低分离效率以及操作复杂等。
为了克服这些问题，双水相体系应运而生。
双水相体系是指由两种不相溶的水溶液组成的体系，其特点是分子间相互作用较弱，不需要有害溶剂参与，能够更高效地完成分离和提取任务。
2. 双水相体系配制的方法为了成功配制双水相体系，我们需要选择适当的双水相体系成分，并正确调配它们的比例。
在实验中，我们通常使用两种水溶液，例如磷酸盐溶液和盐酸溶液。
在配制过程中，可以采用逐滴法、加水法或溶剂辅助法等方法，以确保两相溶液的水平接触，并形成稳定的双水相体系。
3. 双水相体系的原理和特点双水相体系的形成是由于两相溶液中存在的一些化学成分之间的亲疏性差异所致。
一般来说，一种水相溶液中的一类极性物质与另一种水相溶液中的另一类亲疏性物质之间存在强烈的相互作用。
这种相互作用可以通过水相中所含的盐的类型、浓度以及 pH 值的调整来控制。
与传统的单相溶剂萃取相比，双水相体系具有好的相容性、高的分离效率、可重复使用等特点。
4. 双水相体系在化学实验中的应用双水相体系在化学实验中有着广泛的应用。
它可以用于生物大分子的提取和分离、金属离子的萃取、有机物的净化等。
利用双水相体系的亲疏性差异，我们可以实现对目标物质的高效提取，并能够在分离过程中控制环境条件，如pH 值、温度等，以满足特定实验需求。
此外，双水相体系还可以减少有毒溶剂的使用，减轻对环境的影响。
实验二 双水相萃取分离糖化酶
(2)高聚物浓度—界面张力的影响
当成相系统的总浓度增大时， 系统远离临界点，系线长度增加， 两相性质的差别(疏水性等)增大， 蛋白质越容易分配到其中的一相。
(3)盐类
由于盐的正、负离子在两相间的分 配系数不同，两相间形成电势差，从 而影响带电生物大分子的分配。如下 图：加入氯化钠对卵蛋白和溶菌酶分 配系数的影响
四、实验步骤：
40% PE 硫 G 酸 加 铵 编 入 加 号 量 入 （ 量 ml） （m l） A B C D 3 6 9 9 21 21 11. 25 21 PEG相（上相） 水相（下相）
PEG含 量
硫酸 铵含 量
体 积
测 得 酶 活
稀 释 倍 数
体 积
测 得 酶 活
稀 释 倍 数
相 比
分配系 数
85.18% 97.97% 96.73% 97.28%
1
10 10 17. 5 43 14. 5
五、实验结果与讨论：
实验 双水相萃取分离糖化酶
糖化酶
糖化酶，又称葡萄糖淀粉酶，它能把淀粉从非还原 性未端水解a-1.4葡萄糖苷键产生葡萄糖，也能缓慢水 解a-1.6葡萄糖苷键，转化为葡萄糖。同时也能水解糊 精，糖原的非还原末端释放β-D-葡萄糖。 糖化酶用于以葡萄糖作发酵培养基的各种抗生素、 有机酸、氨基酸、维生素的发酵；本品还大量用于生产 各种规格的葡萄糖。总之，凡对淀粉、糊精必需进行酶 水解的工业上，都可适用。
收率%
0.096 8 0.193 5 0.290 3 0.290 3
0.271 0 0.271 0 0.145 2 0.271 0
5.2 5 13 24 16. 5
66 70 53 55
30
双水相体系配制与萃取实验报告
双水相体系配制与萃取实验报告一、实验目的本实验旨在掌握双水相体系的配制方法及其在萃取中的应用，了解萃取原理，熟练掌握萃取方法。
二、实验原理1. 双水相体系双水相体系是指两种不相溶的水溶液混合后形成两个互不混合的层。
常见的双水相体系有三种：乙醇-盐酸、聚乙二醇-硫酸和磷酸盐-硫酸。
其中以乙醇-盐酸为例，当乙醇和盐酸混合时，由于两者极性不同，无法完全混合，形成两个不同密度的液相。
2. 萃取原理萃取是利用不同物质在溶剂中的溶解度差异而进行分离纯化的方法。
常用于分离提纯化学物质或生物物质。
在双水相体系中，可以利用两个不同密度的液相进行分离。
三、实验步骤1. 配制双水相体系将10mL浓盐酸加入50mL 95%乙醇中，搅拌均匀。
2. 萃取实验将10mL橙黄色染料加入双水相体系中，轻轻摇晃容器使其混合均匀。
观察到橙黄色染料被分配到乙醇相中。
3. 分离两相用滴管吸取乙醇相，移至干燥的试管中。
用水洗涤滴管后再吸取盐酸相，移至另一个干燥的试管中。
4. 检测分离后的物质在乙醇相中加入少量氢氧化钠溶液，观察到橙黄色染料变成了蓝色。
在盐酸相中加入苯胺溶液，观察到产生了沉淀。
四、实验结果通过本次实验，成功配制出了乙醇-盐酸的双水相体系，并利用该体系进行了萃取实验。
观察到橙黄色染料被分配到乙醇相中，并成功分离两个不同密度的液相。
最终，在乙醇相中检测到了蓝色染料，在盐酸相中检测到了沉淀。
五、实验思考1. 双水相体系的应用有哪些？双水相体系可以用于萃取、分离和纯化生物大分子，如蛋白质、DNA和RNA等。
此外，还可以用于制备纳米材料、催化剂和药物等。
2. 萃取实验中为什么要加入氢氧化钠溶液和苯胺溶液？氢氧化钠溶液可以使橙黄色染料变成蓝色，从而检测出乙醇相中的染料。
苯胺溶液可以与盐酸反应产生沉淀，从而检测出盐酸相中的物质。
3. 双水相体系如何选择？选择双水相体系应考虑所需分离物质的性质和目标纯度。
不同双水相体系对不同物质有不同的选择性，因此需要根据实际情况进行选择。
双水相萃取
操作步骤
一、重点 双水相萃取放大容易：一般10ml离心管的实验结果可直接放大到工业规模。具体实验步骤： 1、配制一系列不同浓度、pH及离子强度的双水相，每个双水相改变一个参数。 2、加入料液，再加水使整个系统质量达到5~10g。离心管封口后充分混合。 3、1800－2000g下离心3－5min，使两相完全分离。 4、用吸管或移液管将上相和下相分别吸出，测定上、下相中目标产物的浓度或生物活性，计算分配系数。 5、上、下两相中目标产物的总量应与加入量对比，以检验是否存在沉淀或界面吸附现象，并可确认浓度或活 性测定中产生的系统误差。 6、分析目标产物的收率和纯化倍数，确定最佳双水相系统。 二、特点： 1、含水量高（70%～90%），适宜提取水溶性的蛋白质、酶等生物活性物质，且不易引起蛋白质的变性失活。 2、不存在有机溶剂残留问题。3、易于放大，各种参数可按比例放大而产物收率并不降低。
可形成双水相的双聚合物体系很多，如聚乙二醇（PEG）/葡聚糖（Dx）,聚丙二醇/聚乙二醇，甲基纤维素/ 葡聚糖。双水相萃取中采用的双聚合物系统是PEG/Dx，该双水相的上相富含PEG，下相富含Dx。另外，聚合物与 无机盐的混合溶液也可以形成双水相，例如，PEG/磷酸钾（KPi）、PEG/磷酸铵、PEG/硫酸钠等常用于双水相萃 取。PEG/无机盐系统的上相富含PEG,下相富含无机盐。
原理
某些亲水性高分子聚合物的水溶液超过一定浓度后可以形成两相，并且在两相中水分均占很大比例，即形成 双水相系统（aqueous two-phase system,ATPS）。利用亲水性高分子聚合物的水溶液可形成双水相的性质， Albertsson于20世纪50年代后期开发了双水相萃取法（aqueous two-phase extraction），又称双水相分配法。 20世纪70年代,科学家又发展了双水相萃取在生物分离过程中的应用，为蛋白质特别是胞内蛋白质的分离和纯化 开辟了新的途径。
双水相萃取
双水相萃取一实训目的掌握双水相萃取的原理及方法。
学习双水相萃取相图的制作。
二实训原理双水相萃取法（aqueous two-phase extraction）是利用物质在互不相溶的两水相间分配系数的差异来进行萃取的方法。
高聚物PEG和盐（硫酸铵）形成的互不相溶的两相，倒入牛奶中，蛋白质富集在一相中。
三实训仪器和药品试管，离心机，天平，离心管，三角瓶，滴定管，聚乙二醇2000（PEG2000），硫酸铵，牛奶。
四实训步骤1 PEG2000-硫酸铵双水相体系相图的测定（1）取10%PEG2000溶液10mL于三角瓶中；（2）用40%硫酸铵溶液装入滴定管中滴定至三角瓶中溶液出现浑浊，记录硫酸铵消耗的体积。
加入1mL水使溶液澄清，继续用硫酸铵滴定至浑浊，重复7~8次，记录每次硫酸铵消耗的体积，计算每次出现浑浊时体（3）以硫酸铵的浓度（W/V）为横坐标，PEG浓度（W/V）为纵坐标，绘制出PEG2000-硫酸铵双水相体系相图。
2PEG2000-硫酸铵双水相体系的配制自行在相图中双水相区选择一个点，根据该点的PEG2000浓度和硫酸铵浓度，分别量取适量的10%PEG2000溶液和硫酸溶液，混合均匀后以2500rpm/min离心5min后分相，得到双水相体系（总量约3mL）。
3利用PEG2000-硫酸铵双水相体系萃取分离牛奶中的蛋白质取1mL 牛奶装入上述双水相体系中，搅拌均匀，于2500rpm/min 离心5min，静置分层，分别量取上下相的体积。
萃取完成后，如果牛奶中的蛋白质不能被萃取到上相，则证明所选的1PEG2000 与硫酸铵浓度不对，应重新选择。
五结果与讨论1如果正确地绘制相图。
2如何根据相图配制双水相体系，并对混合物进行分离。
2。
生物分离-双水相萃取实验指导
双水相萃取相图的绘制1．实验目的⑴掌握绘制双水相相图的方法⑵理解双水相形成条件和定量关系2．实验原理双水相是指某些高聚物之间或高聚物与无机盐之间在水中以一定的浓度混合而形成互不相容的两相，由于溶质在两相间的分配系数的差异而进行萃取的方法即为双水相萃取。
双水相形成条件和定量关系常用相图来表示（见图1）。
成相物质都能与水无限混合，当它们的组成位于曲线的上方时（用M点表示）体系就会分成两相，分别有不同的组成密度，轻相（或称上相）组成用T点表示，重相（或称下相）组成用B点表示，T、B点称为节点。
直线TMB称为系线，是相图的重要特征，关系到相的平衡组成。
所有组成在系线上的点，分成两相后，其上下相组成均分别为T、B，但是其体积比（V T/V B）不同。
相体积比可由相图上线段比（BM/MT）估算，即服从杠杆规则。
本实验绘制PEG/(NH4)2SO4体系双水相相图。
图1 双水相体系相图3．实验材料及仪器PEG1000原液（0.6g/mL，w/w=56.926%，密度1.054）；PEG2000原液（0.4g/mL，密度1.02）；硫酸铵原液（0.43g/mL，密度1.2）。
4．实验方法准确称取2.0mLPEG原液，加入25 mL具塞刻度试管中，然后逐滴加入硫酸铵原液，混合，直至试管中开始出现混浊为止，记录加入硫酸铵量，算出PEG和硫酸铵在系统中的质量百分浓度，再向试管中加入适量水（0.2~0.5~1.0 mL），使体系变澄清，记录加入水的量，并继续加入硫酸铵，使体系再次变混浊，如此反复操作二十几次，计算达到混浊时PEG 和硫酸铵在系统中的质量百分含量，得出不同相对分子量的PEG和硫酸铵的双节线相图节点。
以上述试验所得结点绘制出不同相对分子量的PEG/(NH4)2SO4体系双水相相图。
5．数据处理表1 相图节点数据序号PEG质量（g）体系中盐溶液（mL）盐质量（g）体系加水量（g）体系总质量（g）PEG质量分数（w/w）盐质量分数（w/w）1 02 0.33 0.5……………………n 1.5双水相萃取牛血清白蛋白1．实验目的⑴掌握PEG/无机盐体系双水相萃取蛋白质的方法⑵了解影响蛋白质在双水相体系中分配行为的主要参数2．实验原理双水相是指某些高聚物之间或高聚物与无机盐之间在水中以一定的浓度混合而形成互不相容的两相，由于溶质在两相间的分配系数的差异而进行萃取的方法即为双水相萃取。
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一、双水相系统的相图绘制
1.实验目的
了解制作双水相系统的相图的方法，加深对相图的认识。
2.实验原理
相图是研究两水相萃取的基础，双水相形成条件和定量关系常用相图来表示。
图1是典型的高聚物-高聚物-水双水相体系的直角坐标相图，两种聚合物A、B以适当比例溶于水就会分别形成有不同组成、度的两相，上相组成用T点表示，下相组成用B点表示，由图1可知上下相所含高聚物有所偏重，上相主要含B，下相主要含A。
曲线TCB称为结线，直线TMB称为系线。
结线上方是两相区，下方为单相区，若配比取在曲线上，则混合后，溶液恰好从澄清变为混浊。
组成在系线上的点，分为两相后，其上下相组成分别为T和B，T、B量的多少服从相图的杠杆定律。
即T和B相质量之比等于系线上MB与MT的线段长度之比。
又由于两相密度相差很小，故上下相体积之比也近似等于系线上MB与MT线段长度之比。
图1 A-B-水双水相体系相图
Figure 1 The phase diagram of the A-B-H2O aqueous two-phase system 3.实验器材和试剂
（1）器材：电子台秤，漩涡混合器，大试管，滴定管，密度计，温度计。
（2）试剂：聚乙二醇，硫酸铵，硫酸镁。
4.操作方法
（1）溶液的配制
配制40%的盐（硫酸铵或硫酸镁）溶液
配制40%的聚乙二醇溶液，液体聚乙二醇可用纯溶液。
（2）相图的制作
精确称取一定质量（0.7000g左右）PEG溶液于大试管中，按表1所列第1列数据，加入0.5mL去离子水，用滴定管缓慢滴加已配好的40%的盐溶液，并不断在漩涡混合器上混合，观察溶液的澄清程度，直至试管内液体出现浑浊为止。
记录盐溶液的加量(g)。
然后，按表格所列第2列数据加入水，溶液澄清，继续向试管中滴加盐溶液并不断混匀，直至再次达到浑浊，如此反复操作。
计算每次达到浑浊
时，PEG和盐在系统总量中的质量分数，将实验数据填入表中，以PEG的质量分数为纵坐标，某种盐的质量分数为横坐标作图，即得到一条双节线的相图。
表1相图制作表
编
号水/g
(NH4)2SO4溶
液加量/g
纯(NH4)2SO4累
计量/g
溶液累计总量
/g
(NH4)2SO4质量分
数/%
PEG 质量
分数/%
1 0.5 3.1315 0.895 4.3786 20.4 4.79
2 0.
3 2.1792 1.5186 5.9511 21.85 3.02
3 0.3 2.0456 2.1 9.2867 22.65 2.26
4 0.3 3.1372 3.0 12.6738 23.68 1.65
5 0.5 6.0769 4.7 19.327
6 24.52 1.08
6 0.5 6.1909 6.5 26.0138 25.02 0.8
7 0.5 6.8585 8.5 33.4596 25.32 0.62
根据以上数据以(NH4)2SO4质量分数为横坐标，以PEG质量分数为纵坐标即可做出相图。
二、双水相系统比例的选择
根据相图，选择五个成相比例。
三、蛋白酶酶活标准曲线的绘制—— Folin酚法或紫外分光光度法
紫外分光光度法测蛋白酶酶活
1．原理
蛋白酶在一定的温度与pH条件下，水解酪素底物，然后加入三氯乙酸终止酶反应，并使未水解的酪素沉淀除去，滤液对紫外光有吸收，可用紫外分光光度法测定。
根据吸光度计算其酶活力。
酶活单位的定义：每1mL粗酶液，在一定温度和pH值条件下，1min水解酪素产生1ug酪氨酸为一个酶活力单位，以（u/mL）表示。
2．试剂和溶液
2.1 三氯乙酸c=0.4mol/L：称取三氯乙酸65.4g，用水溶解并定容至1000 mL。
2.2 氢氧化钠溶液c（NaOH）=0.5mol/L
2.3 盐酸溶液c（HCl）＝1 mol/L及0.1 mol/L
1mol/L HCl:取90mL浓盐酸溶解于去离子水中，定容至1000mL。
0.1mol/L HCl：取9mL浓盐酸溶解于去离子水中，定容至1000mL。
2.4 缓冲溶液
a.磷酸缓冲液（pH＝7.5）适用于中性蛋白酶
称取磷酸氢二钠（Na2HPO4·12H2O）6.02g和磷酸二氢钠（NaH2PO4·12H2O）
0.5g，加水溶解并定容至1000mL。
b.乳酸缓冲液（pH＝3.0）适用于酸性蛋白酶
甲液称取乳酸（80％～90％）10.6g，加水溶解并定容至1000 mL。
乙液称取乳酸钠（70％）16g，加水溶解并定容至1000 mL。
使用溶液取甲液8 mL，加乙液1 mL，混匀，稀释一倍，即成0.05moi/L乳酸缓冲溶液。
c.硼酸缓冲溶液（pH＝10.5）适用于碱性蛋白酶
甲液称取硼酸钠（硼砂）19.08g，加水溶解并定容至1000 mL。
乙液称取氢氧化钠4.0g，加水溶解并定容至1000 mL。
使用溶液取甲液500 mL、乙液400 mL混匀，用水稀释至1000mL。
上述各种缓冲溶液，均须用pH计校正。
2.5 10g/L酪素溶液
称取酪素1.000g，精确至0.001g，用少量0.5mol/L氢氧化钠溶液（若酸性蛋白酶则用浓乳酸2～3滴）湿润后，加入适量的各种适宜pH的缓冲溶液约80 mL，在沸水浴中边加热边搅拌，直到完全溶解，冷却后，转入100 mL容量瓶中，用适宜的ｐH缓冲溶液稀释至刻度。
此溶液在冰箱内贮存，有效期为三天。
2.6 100ug/mL L-酪氨酸标准溶液
a．称取预先于105℃干燥至恒重的L－酪氨酸0.1000g，精确至0.0002g，用1mol/L盐酸60 mL溶解后定容至100 mL，即为1mg/mL酪氨酸标准溶液。
b．吸取1mg/ mL酪氨酸标准溶液10.00 mL，用0.1mol/L盐酸定容至100 mL，即得到100ug/ mL L－酪氨酸标准溶液。
此溶液在冰箱内贮存或立即使用。
3.仪器和设备
3.1 恒温水浴40±0.2℃。
3.2 紫外分光光度计
4 分析步骤
4.1 求K值
按下表配制不同浓度的L－酪氨酸标准溶液，然后，直接用紫外分光光度计于275nm测定其吸光度（A），以吸光度A为纵坐标，酪氨酸的浓度c为横坐标，绘制标准曲线（此线应通过零点）, 根据作图或用回归方程，计算出当吸光度为1时的酪氨酸的量（μg），即为吸光常数K值;（其K值应在（130～135）范围内）。
4.2 测定
吸取适量稀释的酶液 2.00mL、酪素 2.00mL、三氯乙酸 4.00 mL，其它操作条件同福林法测定中的反应、静止沉淀，直到过滤。
滤液用紫外分光光度计，在275nm波长下，用10mm比色皿，测定其吸光度（A）。
a、先将酷素溶液放入40±0.2℃恒温水浴中，预热5min；
b、按下列程序操作：
试管A（空白）试管B（酶试样，需作三个平行试样）
加酶液2.00 mL 加酶液2.00 mL
40±0.2℃，2min 40±0.2℃，2min
加三氯乙酸4.00 mL（摇匀）加酪素2.00mL(已预热)（摇匀）40±0.2℃，10min（精确计时）40±0.2℃，10min（精确计时）
加酪素2.00mL(已预热)（摇匀）加三氯乙酸4.00mL（摇匀）
继续加热10min，过滤或离心继续加热10min，过滤或离心
于275nm波长，测上清液吸光值于275nm波长，测上清液吸光值c、1.398和166蛋白酶，除反应与显色温度为30±0.2℃外，其它操作同 4.2。
标准曲线作同样处理。
5 计算
在40℃下每毫升酶液每分钟水解酪蛋白产生1μg酪氨酸,定义为1个蛋白酶活力单位。
X＝A×K×8/2×1/10×n×E＝2/5×A×K×n×E
式中：X——样品的酶活力，(u/mL)；
A——试样溶液的平均吸光度；
K——吸光常数；
8——反应试剂的总体积，mL；
2——吸取酶液2.00mL；
1/10——反应时间10min，以1min计；
n——稀释倍数
E——紫外法与福林法的换算系数（中性、碱性蛋白酶系数为0.50；酸性蛋白酶系数为0.77）。
所得结果表示至整数。
6 结果的允许差
平行试验测定值之差不得超过3％。
四、双水相系统在蛋白酶分离中的应用
利用选择的五个成相体系对蛋白酶进行分离纯化，确定一个最佳分离体系。
1.向干燥的离心管中按比例加入一定质量PEG和盐溶液，先用玻璃棒搅匀，再在混合器上混匀，加入2mL的酶液，在混合器上混合，调pH，静置15分钟，离心10分钟(2000r/min)。
2.读取上下相体积及总体积，用1mL注射器分别取上、下相1mL，分别定容至100mL，测其酶活力。
3.测原酶液酶活力：用移液管吸取1mL发酵液，定容至100mL，测其酶活力为原酶液酶活力。