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模擬移動(dòng)床及原理

模擬移動(dòng)床（SMB）是一種高效,、連續(xù)的化學(xué)分離工藝,，它能將二元或假二元混合物分離為純物質(zhì)或餾分,。與傳統(tǒng)的制備色譜法相比,，SMB工藝可使純化的物質(zhì)產(chǎn)率更高，同時(shí)減少洗脫劑和填料的用量,。

在標(biāo)準(zhǔn)的SMB系統(tǒng)中,，填充柱被分為四個(gè)區(qū),。每個(gè)區(qū)通常又進(jìn)一步分為幾個(gè)更小的區(qū),。如果同時(shí)將所有進(jìn),、出口位置不斷切換到下一個(gè)右側(cè)位置，固體吸附劑將模擬向左流動(dòng),。固定相的流動(dòng)是由連續(xù)地閥切換引起的,；因此稱為模擬移動(dòng)床。

SMB過(guò)程可以通過(guò)使用多種柱串聯(lián)和復(fù)雜的閥布置來(lái)模擬固定相和流動(dòng)相之間的逆流以分離二元混合物,。這是通過(guò)一系列環(huán)狀的色譜柱來(lái)完成的,，通過(guò)連續(xù)的進(jìn)樣和與洗脫液流動(dòng)方向同步切換色譜柱,，在固定相和流動(dòng)相之間實(shí)現(xiàn)逆流。洗脫液流經(jīng)這個(gè)環(huán),，兩個(gè)入口(用于進(jìn)料和補(bǔ)充洗脫液)和兩個(gè)出口（萃取液(紅色)和萃余液(藍(lán)色)）定義四個(gè)分離區(qū)域,。

SMB方法開(kāi)發(fā)案例

在歐洲Valor Plus的研究項(xiàng)目中,，研究人員研究了一種替代木糖轉(zhuǎn)化的生物方法,。利用一株酵母菌株，將來(lái)自半纖維素水解產(chǎn)物的木糖轉(zhuǎn)化為木糖醇,。他們采用AZURA?LAB SMB系統(tǒng)模擬移動(dòng)床色譜系統(tǒng)從培養(yǎng)的發(fā)酵醪液中提取純化木糖醇,，這一過(guò)程使木糖醇能夠達(dá)到幾乎100%產(chǎn)品純度和100%回收率，實(shí)現(xiàn)了從生物木糖-木糖醇轉(zhuǎn)化過(guò)程中大規(guī)模純化木糖醇的目標(biāo),。

1）HPLC分離方法的優(yōu)化

HPLC的分析方法表明Eurokat柱對(duì)發(fā)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(xù)的SMB方法的色譜填料。

 

發(fā)酵醪液色譜分析圖鑒定出5種物質(zhì)

2）HPLC方法轉(zhuǎn)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(guī)模，因此需要將分離條件進(jìn)行放大,，以匹配SMB工藝所需的更高流速和生產(chǎn)效率,。

建立SMB工藝流程，必須確定單色譜柱的分離過(guò)程的關(guān)鍵參數(shù),。首先,，通過(guò)在三種不同柱溫（40°C、50°C,、60°C）下進(jìn)行分離測(cè)試,，結(jié)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(fā)酵麥芽液進(jìn)行過(guò)載上樣測(cè)試，結(jié)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(zhì)）和萃取液（木糖醇）,；測(cè)定了色譜柱的死時(shí)間和管路的延遲時(shí)間，獲得兩組餾分物質(zhì)的保留時(shí)間,，以實(shí)現(xiàn)對(duì)色譜柱的孔隙率進(jìn)行測(cè)定和確定兩餾分的吸附平衡常數(shù),。

 

3）建立SMB參數(shù)

根據(jù)得到的數(shù)據(jù),，利用Puritychrom?MCC軟件,，確定泵的流量和該工藝過(guò)程中各區(qū)流量。整個(gè)SMB過(guò)程將使用8根相同的Eurokat Ca 150 x 20 mm（25-56μm）色譜柱進(jìn)行純化,。

SMB工藝配置示例圖

（4臺(tái)泵,；8根色譜柱；4個(gè)輔助模塊,，顯示流量,，壓力和循環(huán)時(shí)間；PuritychromMCC軟件）

表A2. SMB工藝參數(shù)

 

4）SMB工藝的生產(chǎn)效能評(píng)價(jià)

使用AZURA?LAB SMB系統(tǒng)建立的木糖醇純化工藝,，結(jié)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(dá)到為100 %,。而傳統(tǒng)的制備LC法的生產(chǎn)效率僅為0.25mg/h,，SMB工藝的產(chǎn)量高出7倍。因此可以生產(chǎn)獲得更多的木糖醇,。

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