模拟移动床(SMB)：一种连续纯化的强大工具

模拟移动床及原理

模拟移动床（SMB）是一种高效、连续的化学分离工艺，它能将二元或假二元混合物分离为纯物质或馏分。与传统的制备色谱法相比，SMB工艺可使纯化的物质产率更高，同时减少洗脱剂和填料的用量。

在标准的SMB系统中，填充柱被分为四个区。每个区通常又进一步分为几个更小的区。如果同时将所有进、出口位置不断切换到下一个右侧位置，固体吸附剂将模拟向左流动。固定相的流动是由连续地阀切换引起的；因此称为模拟移动床。

SMB过程可以通过使用多种柱串联和复杂的阀布置来模拟固定相和流动相之间的逆流以分离二元混合物。这是通过一系列环状的色谱柱来完成的，通过连续的进样和与洗脱液流动方向同步切换色谱柱，在固定相和流动相之间实现逆流。洗脱液流经这个环，两个入口(用于进料和补充洗脱液)和两个出口（萃取液(红色)和萃余液(蓝色)）定义四个分离区域。

SMB方法开发案例

在欧洲Valor Plus的研究项目中，研究人员研究了一种替代木糖转化的生物方法。利用一株酵母菌株，将来自半纤维素水解产物的木糖转化为木糖醇。他们采用AZURA®LAB SMB系统模拟移动床色谱系统从培养的发酵醪液中提取纯化木糖醇，这一过程使木糖醇能够达到几乎100%产品纯度和100%回收率，实现了从生物木糖-木糖醇转化过程中大规模纯化木糖醇的目标。

1）HPLC分离方法的优化

HPLC的分析方法表明Eurokat柱对发酵液中的木糖醇和其他组分有很好的分离度，因此选定该型色谱柱填料作为后续的SMB方法的色谱填料。

 

发酵醪液色谱分析图鉴定出5种物质

2）HPLC方法转化为制备LC方法

前面的分析HPLC方法的流速低，不适合SMB制备的规模，因此需要将分离条件进行放大，以匹配SMB工艺所需的更高流速和生产效率。

建立SMB工艺流程，必须确定单色谱柱的分离过程的关键参数。首先，通过在三种不同柱温（40°C、50°C、60°C）下进行分离测试，结果表明，在50°C下的分离效果最好，因此温度条件确定为50°C；用1：2稀释的发酵麦芽液进行过载上样测试，结果显示，木糖醇和甘露醇的分离接近基线，色谱图分为萃余液馏分（除木糖醇外物质）和萃取液（木糖醇）；测定了色谱柱的死时间和管路的延迟时间，获得两组馏分物质的保留时间，以实现对色谱柱的孔隙率进行测定和确定两馏分的吸附平衡常数。

 

3）建立SMB参数

根据得到的数据，利用Puritychrom®MCC软件，确定泵的流量和该工艺过程中各区流量。整个SMB过程将使用8根相同的Eurokat Ca 150 x 20 mm（25-56µm）色谱柱进行纯化。

SMB工艺配置示例图

（4台泵；8根色谱柱；4个辅助模块，显示流量，压力和循环时间；PuritychromMCC软件）

表A2. SMB工艺参数

 

4）SMB工艺的生产效能评价

使用AZURA®LAB SMB系统建立的木糖醇纯化工艺，结果表明，SMB工艺的木糖醇纯化效率为1.8 g/h，纯度和回收率均达到为100 %。而传统的制备LC法的生产效率仅为0.25mg/h，SMB工艺的产量高出7倍。因此可以生产获得更多的木糖醇。

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