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模擬移動床(SMB)：一種連續純化的強大工具
模擬移動床及原理
模擬移動床（SMB）是一種高效、連續的化學分離工藝，它能將二元或假二元混合物分離為純物質或餾分。與傳統的制備色譜法相比，SMB工藝可使純化的物質產率更高，同時減少洗脫劑和填料的用量。
在標準的SMB系統中，填充柱被分為四個區。每個區通常又進一步分為幾個更小的區。如果同時將所有進、出口位置不斷切換到下一個右側位置，固體吸附劑將模擬向左流動。固定相的流動是由連續地閥切換引起的；因此稱為模擬移動床。
SMB過程可以通過使用多種柱串聯和復雜的閥布置來模擬固定相和流動相之間的逆流以分離二元混合物。這是通過一系列環狀的色譜柱來完成的，通過連續的進樣和與洗脫液流動方向同步切換色譜柱，在固定相和流動相之間實現逆流。洗脫液流經這個環，兩個入口(用于進料和補充洗脫液)和兩個出口（萃取液(紅色)和萃余液(藍色)）定義四個分離區域。
SMB方法開發案例
在歐洲Valor Plus的研究項目中，研究人員研究了一種替代木糖轉化的生物方法。利用一株酵母菌株，將來自半纖維素水解產物的木糖轉化為木糖醇。他們采用AZURA?LAB?SMB系統模擬移動床色譜系統從培養的發酵醪液中提取純化木糖醇，這一過程使木糖醇能夠達到幾乎100%產品純度和100%回收率，實現了從生物木糖-木糖醇轉化過程中大規模純化木糖醇的目標。
1）HPLC分離方法的優化
HPLC的分析方法表明Eurokat柱對發酵液中的木糖醇和其他組分有很好的分離度，因此選定該型色譜柱填料作為后續的SMB方法的色譜填料。
發酵醪液色譜分析圖鑒定出5種物質
2）HPLC方法轉化為制備LC方法
前面的分析HPLC方法的流速低，不適合SMB制備的規模，因此需要將分離條件進行放大，以匹配SMB工藝所需的更高流速和生產效率。
建立SMB工藝流程，必須確定單色譜柱的分離過程的關鍵參數。首先，通過在三種不同柱溫（40°C、50°C、60°C）下進行分離測試，結果表明，在50°C下的分離效果最好，因此溫度條件確定為50°C；用1：2稀釋的發酵麥芽液進行過載上樣測試，結果顯示，木糖醇和甘露醇的分離接近基線，色譜圖分為萃余液餾分（除木糖醇外物質）和萃取液（木糖醇）；測定了色譜柱的死時間和管路的延遲時間，獲得兩組餾分物質的保留時間，以實現對色譜柱的孔隙率進行測定和確定兩餾分的吸附平衡常數。
3）建立SMB參數
根據得到的數據，利用Puritychrom?MCC軟件，確定泵的流量和該工藝過程中各區流量。整個SMB過程將使用8根相同的Eurokat Ca 150 x 20 mm（25-56μm）色譜柱進行純化。
SMB工藝配置示例圖
（4臺泵；8根色譜柱；4個輔助模塊，顯示流量，壓力和循環時間；PuritychromMCC軟件）
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濃度(mg/mL) |
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木聚糖 |
38.44 ± 0.13 |
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阿拉伯糖 |
8.67 ± 0.04 |
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丙三醇 |
18.63 ± 0.13 |
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甘露醇 |
5.59 ± 0.08 |
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木糖醇 |
61.91 ± 0.34 |
表A2. SMB工藝參數
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進樣(mL/min) |
洗脫(mL/min) |
|
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流量 |
0.5 |
8.36 |
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溫度 |
50°C |
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循環時間 |
54.60 min |
4）SMB工藝的生產效能評價
使用AZURA?LAB SMB系統建立的木糖醇純化工藝，結果表明，SMB工藝的木糖醇純化效率為1.8 g/h，純度和回收率均達到為100 %。而傳統的制備LC法的生產效率僅為0.25mg/h，SMB工藝的產量高出7倍。因此可以生產獲得更多的木糖醇。
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