模拟移动床在食品行业中的应用进展

公司基于SMB原理开发了Sorbex技术，用于几种碳氢化合物的分离，主要是从C8的芳香烃混合物中分离对二甲苯[2-4]。

SMB色谱技术作为一种高效的纯化技术，具有可连续化运行、总柱效高、流动相使用效率高、操作费用低等优势，使其应用范围从最初的石油化工领域，拓展到食品、糖工业领域[5-8]，进而以拓展到药品领域，尤其是手性药物之间的相互分离[9-12]。此外，SMB也逐步进入化工领域，如精细化工品、香料工业等 [13]。

1 模拟移动床色谱的基础理论

1.1 模拟移动床工作原理

SMB经典的分离原理如图1所示，8根规格相同的色谱柱通过管路串联，形成一个闭环SMB系统，共分4个功能区，通过阀门切换，使得4个功能区的位置发生周期性变化[14]。T0时刻，流动相从洗脱液口进入Ⅰ区，与树脂吸附力弱的组分从流提取液出口流出;同时原料液通过进料口进入Ⅲ区，与树脂吸附力强的组分从提余口流出;剩余的流动相经过Ⅳ区进入Ⅰ区，循环使用。设定Ti为模拟移动床的阀门切换时间，T0+Ti时刻，进料口和出料、提取液出口和提余液出均顺时针方向移动一根色谱柱。如此往复循环，实现目标物的高效分离和洗脱剂的高效利用。

1.2 SMB设备及组件

SMB设备的核心系统是自动控制系统和阀系统，不同的阀系统设计直接影响操作单元的灵活性及SMB色譜的应用。SMB单元可以通过阀门的快速切换，迅速改变单元构造，形成新的单元旁路。自动化和控制操作单元对于连续化生产十分重要。

SMB色谱的阀设计主要有中心式和分散式两类。中心式分为UOP系统和ISEP系统;分散式阀设计可分为四-二通阀、2SD1C、1SD1S以及1ST1C。不同的阀具有不同的工作特征，根据需要合理选择[15]。复杂的操作模式，SMB色谱便需要更加复杂的自动化控制系统。目前，SMB单元的自动化控制已被广泛研究，SMB自动控制需要综合考虑分离操作中柱和管道的液体力学特性、吸附动力学特性及管死体积等因素对分离的影响。

当前，国内企业如上海兆光色谱分离技术有限公司和江苏汉邦科技有限公司设计制造的SMB设备，已广泛应用于国内食品生产企业和研发单位，如中粮生化能源（公主岭）有限公司、中粮上海（融氏）生物科技有限公司、保龄保生物股份有限公司等大中型企业，年处理果葡糖浆数十万吨。

1.3 模拟移动床的改进

1.3.1 传统模拟移动床

前文所述的模拟移动床为传统的模拟移动床，色谱柱一般在8～24节，特点是操作相对简单，进料与出料以及循环泵均是连续工作的，无法间断。局限是一般适用于分离两组分的混合物，对三组分以上的混合物分离效果较差[1]。

1.3.2 顺序式模拟移动床

顺序式模拟移动床（Sequential simulated moving bed，SSMB）是在SMB的基础上改进发展而来的，工作原理与SMB基本相同。与SMB相比，SSMB操作量方便，使用的色谱柱更少，一般只需要4节;每个周期需要多步完成，更容易调整操作参数;各区不再连续流动，调整某些参数并不会影响4个功能区参数[16-17]。因此，顺序式模拟移动床每个区的参数都可以优化，这样可以实现三元组分的分离[18]，既方便参数的调整，又提高了各出口组分的纯度。相对于SMB而言，SSMB的分离柱量减少，色谱分离运行成本减少了50%，溶剂用量降低10%～20%，在保证高纯度的基础上，具有高分离性、高收率、高效率、高稳定性与低成本的特点[1]。

1.3.3 异步切换SMB

异步切换SMB也称Varicol SMB[19]，是由法国NOVASEP公司对传统SMB技术改进的基础上，设计的一款非常规SMB系统，其操作原理是基于循环周期内进出口位置的不同步切换。与传统SMB相比，Varicol SMB色谱柱分布随时间变化，而且柱个数不局限于整数，提高了各区固定相的利用率，操作灵活度和分离效率也更高[20-21]。

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