У фармацевтичній, біотехнологічній і хімічній промисловості процеси розділення й очищення речовин безпосередньо впливають на якість кінцевого продукту, економіку виробництва та його масштабованість. Зі зростанням вимог до чистоти сполук і переходом до безперервних виробничих процесів традиційні підходи до препаративної хроматографії дедалі частіше демонструють обмеження: низьку ефективність використання колонки, високі витрати розчинників і складність масштабування.

Саме тому промисловість активно переходить до більш продуктивних і ресурсоефективних технологій. Однією з них є хроматографія з імітованим рухомим шаром (Simulated Moving Bed, SMB) – підхід, що дає змогу організувати безперервний процес розділення з максимально ефективним використанням сорбенту й підвищеним виходом цільового продукту.

Рішення KNAUER для безперервної хроматографії

Системи AZURA® SMB від німецької компанії KNAUER реалізують сучасний підхід до препаративної хроматографії, забезпечуючи гнучке, масштабоване й економічно ефективне розділення як малих, так і великих молекул.

Компанія KNAUER з 1962 року розробляє та виробляє наукові прилади для рідинної хроматографії. Портфель виробника охоплює системи й компоненти для аналітичної ВЕРХ / (У)ВЕРХ, препаративної ВЕРХ, швидкої білкової рідинної хроматографії (FPLC), багатоколонкової хроматографії / імітованого рухомого шару (SMB), осмометрії, а також системи для виробництва ліпідних наночастинок (LNP).

Важливо, що компанія не лише постачає обладнання, а й розвиває інноваційні підходи до безперервних процесів, що підтверджено, зокрема, перемогами в Німецькій нагороді за інновації у 2022 та 2023 роках.

Логічним продовженням фокусу на інноваціях стає розвиток рішень у сфері безперервної хроматографії, де KNAUER пропонує високоефективні технології для масштабованого розділення й очищення речовин. Однією з таких технологій є SMB.

Хроматографія SMB – це метод препаративної хроматографії для розділення та очищення бінарних сумішей із високою продуктивністю й чистотою. Системи KNAUER AZURA® SMB використовуються в різних галузях, як-от фармацевтична або хімічна промисловість. SMB ідеально підходить для застосування у виробництві високочистих хімічних речовин (малих молекул), наприклад, ксиліту, а також у біоінженерії для виробництва білків (великих молекул), наприклад, антитіл. Два представлені режими розділення демонструють гнучкість модульної концепції систем AZURA SMB для очищення малих та великих молекул.

Переваги SMB

Хроматографія з імітованим рухомим шаром є ефективним інструментом для розділення бінарних і псевдобінарних сумішей на окремі чисті речовини або фракції. На відміну від традиційної препаративної хроматографії, цей підхід реалізує безперервний процес розділення та одночасної екстракції двох потоків (екстракту й рафінату), що безпосередньо впливає на продуктивність і економіку процесу.

Ключові переваги SMB-технології:

Безперервність процесу.
На відміну від циклічних одноколонкових систем, SMB працює в безперервному режимі, що дозволяє стабільно отримувати продукт із заданими характеристиками без простоїв між циклами.
Вищий вихід і чистота продукту.
Одночасне розділення й відбір двох фракцій забезпечує повніше вилучення цільової речовини, що підвищує загальний вихід очищеного продукту.
Ефективніше використання сорбенту.
У класичних одноколонкових системах лише частина сорбенту реально бере участь у розділенні, тоді як значна частина об’єму колонки залишається недовикористаною. У SMB-процесі задіяний практично весь шар сорбенту, що суттєво підвищує ефективність і продуктивність системи.
Зниження споживання розчинників.
Завдяки безперервності процесу й оптимізованому масообміну SMB дає змогу досягати необхідного ступеня очищення з меншими об’ємами елюентів, що знижує експлуатаційні витрати.
Менший знос сорбенту.
Оптимальні умови роботи й рівномірне навантаження на сорбент сприяють подовженню терміну його служби, що є важливим фактором для економіки процесу.
Вища продуктивність порівняно з класичними системами.
Завдяки безперервному режиму й повному використанню колонки SMB демонструє значно кращу продуктивність за тих самих або менших ресурсних витрат.

Окремою перевагою систем KNAUER AZURA® SMB є гнучкість конфігурації. Модульна архітектура (рис. 1) дає змогу адаптувати систему під конкретні завдання з очищення:

Базова конфігурація з восьми колонок (по дві на зону) може бути змінена залежно від вимог процесу
Можливе регулювання кількості колонок у кожній зоні для оптимізації розділення
Система підтримує роботу як у відкритому, так і в закритому циклі, що розширює варіанти її застосування

Завдяки цьому SMB-технологія може бути точно налаштована під конкретну речовину, матрицю й виробничі умови, забезпечуючи максимальну ефективність процесу очищення.

Рис. 1. Система AZURA® SMB

Застосування SMB для очищення ксиліту

Рис. 2. Приклад схеми налаштування процесу SMB із чотирма насосами, виходами та входами, вісьмома колонками, чотирма зонами, із зазначенням швидкості потоку, тиску й часу циклу; програмне забезпечення PurityChrom® MCC

Застосування класичного процесу SMB з восьми колонок у режимі відкритого циклу (рис. 2) продемонстровано на прикладі очищення ксиліту з ферментаційної суміші, отриманої під час напівбезперервного культивування.

Ксиліт – це цукровий спирт ксилози, який здебільшого використовується в харчовій промисловості як замінник глюкози, наприклад, у жувальних гумках. Класичний метод його отримання – хімічне перетворення ксилози, виділеної з берези, у ксиліт.

У цьому випадку для перетворення ксилози з гідролізату геміцелюлози в ксиліт використовувався штам дріжджів Candida. Аналіз ферментаційної суміші методом ВЕРХ показав, що перетворення ксилози в ксиліт відбулося успішно й що застосування процесу SMB є доцільним.

Для процесу розділення були обрані спеціальні колонки на полімерній основі, оскільки вони призначені для розділення цукрів, а в ролі елюенту використовувалася вода. Після визначення параметрів методу було розроблено й запущено процес SMB. Аналіз двох вихідних потоків – екстракту й рафінату – методом ВЕРХ показав, що ксиліт було успішно відокремлено та очищено (рис. 3 і 4). За одну годину було очищено 1,8 г ксиліту з чистотою 99 % і виходом 100 %.


Рис. 3. Препаративна хроматограма ферментаційної суміші; ін’єкція: світло-блакитна лінія – 0,5 мл, блакитна лінія – 1,0 мл, темно-синя лінія – 2,0 мл	Рис. 4. Накладено аналітичні хроматограми: рафінат (синя лінія); екстракт / ксиліт (світло-блакитна лінія); відходи (блакитна лінія).

Застосування SMB для очищення біомолекул

Системи AZURA® SMB також ефективні для безперервного очищення білків, зокрема антитіл. У цьому випадку використовується процес багатоколонкового захоплення (MCCP, Multi-Column Capture Process).

Ключові переваги підходу:

Гнучке налаштування кількості колонок для різних стадій (зв’язування, промивання, елюювання, регенерація)
Скорочення часу очищення
Зменшення витрат на сорбенти й розчинники
Можливість інтеграції детекторів для моніторингу процесу

Система підтримує швидке перемикання між класичним SMB і MCCP, що розширює спектр застосувань.

Рис. 5. Користувацький інтерфейс програмного забезпечення процесу MCCP

Технічні можливості AZURA® SMB

Система призначена для розділення бінарних сумішей у масштабі від сотень грамів до кілограмів і орієнтована на безперервну роботу з максимальною продуктивністю.

Основні характеристики:

До восьми колонок (Ø до 30 мм)
Максимальний тиск: 130 бар
Діапазон витрати: 0,1–1000 мл / хв
Варіанти виконання: нержавійна сталь або біосумісні матеріали
Підтримка різних типів детекторів (УФ, рефрактометричний, флуоресцентний)

Модульна конструкція забезпечує просту заміну компонентів (насоси, проточні кювети) ы компактність системи, що важливо для лабораторного простору.

Доступність в Україні

В Україні офіційним дистриб’ютором рішень KNAUER є компанія «Хімлаборреактив», яка забезпечує повний цикл супроводу:

Підбір і постачання обладнання
Інсталяцію та введення в експлуатацію
Сервісне обслуговування
Методичну підтримку та навчання персоналу

Це гарантує ефективне впровадження й стабільну роботу систем AZURA® SMB у реальних лабораторних умовах.

Анастасія Рябченко,
team-lead відділу аналітичного обладнання напряму «Хроматографія»