一種模擬大腸酵解的裝置制造方法
【專利摘要】一種模擬大腸酵解的裝置，包括大腸厭氧酵解器、攪拌器、水浴控制系統(tǒng)、計算機監(jiān)控系統(tǒng)、大腸腸排空泵等；向大腸厭氧酵解器加入待測物、培養(yǎng)基和人體糞便菌群，攪拌器模擬大腸的蠕動；水浴控制系統(tǒng)控制酵解器中的溫度；氮氣，氫氣和二氧化碳氣瓶輸送氣體提供厭氧環(huán)境，并通過計算機監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控酵解器的內(nèi)部溫度、壓力和消化時間；通過大腸排空恒流泵模擬大腸的排空，將酵解產(chǎn)物收集，去除剩余菌群活性；重復三次，檢測酵解產(chǎn)物。本實用新型首次模擬了大腸具體、詳細的酵解過程，可以對各種活性或營養(yǎng)物質(zhì)在人體大腸的酵解情況進行觀測，模擬環(huán)境按照人體生理環(huán)境設計，與大腸的酵解貼合性強，在控制模擬環(huán)境方面有較強精準性。
【專利說明】一種模擬大腸酵解的裝置

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種模擬大腸酵解的裝置及使用方法。

【背景技術】
[0002] 世界權威期刊表示，研究食物或活性物質(zhì)在人體體內(nèi)的作用及其作用機制至關重 要，因為體內(nèi)作用機制的闡明可以為最大化地利用食物或活性物質(zhì)提供研究基礎，使其在 人體內(nèi)最大化地發(fā)揮生理功效，同時對避免其產(chǎn)生可能的不良副作用具有指導意義。食物 或活性物質(zhì)實際發(fā)揮的生理功效很大程度上取決于其經(jīng)人體消化酵解后的產(chǎn)物是什么。出 于對于人體體內(nèi)研究的道德倫理的考慮，體外模擬人體消化酵解就成為了食物或活性物質(zhì) 體內(nèi)作用機制研究的技術關鍵。通過控制人體消化酵解過程的關鍵點如溫度、壓力等來進 行動態(tài)模擬。同時，模擬的消化酵解系統(tǒng)與人體的消化酵解系統(tǒng)相比具有較好的精確度，重 現(xiàn)性好，容易控制，可以在任何時刻收集各個部位的消化或酵解產(chǎn)物，當實驗涉及到有毒化 學物質(zhì)的情況，不會受到道德的約束，給活性物質(zhì)作用機理的研究帶來便利。因此，體外模 擬消化酵解至關重要。
[0003] 大腸是物質(zhì)進入人體經(jīng)過口腔，胃部，小腸消化后的酵解場所。同時，大腸作為食 物在人體消化酵解的最后階段，對整個消化酵解過程十分重要。在大腸中，食糜受到腸道菌 群的發(fā)酵分解作用進行酵解，同時還受到大腸蠕動的作用。因此體外模擬大腸的酵解對于 食物在人體中的消化酵解方式是有著非常重要的意義，同時大腸的模擬酵解應以這些作用 過程為主，這樣能更貼切人體的真實生理環(huán)境。
[0004] 不同的食物或活性營養(yǎng)物質(zhì)在大腸中被酵解的情況不盡相同，這使得研究大 腸酵解十分有意義，這不僅因為大腸酵解是整個消化酵解過程中最后階段(也是重要的 階段)，同時研究清楚不同物質(zhì)在大腸中的酵解能為該物質(zhì)的整個消化酵解情況研究提 供數(shù)據(jù)，同時對于認識和探索不同物質(zhì)的消化酵解方式有著重要意義。近年來涉及大腸 消化酵解模擬的相關專利有："智能化生物體胃腸道消化系統(tǒng)模擬控制裝置"（申請?zhí)枺?201220211927. 6);"單胃動物仿生消化系統(tǒng)及基于該系統(tǒng)模擬單胃動物消化的方法"（申請 號：200910078147. 1); "一種消化道系統(tǒng)模擬裝置"（申請?zhí)枺?00710078118. 6)。這些專利 報道極大地豐富了適用于大腸消化酵解的裝置及使用方法，但到目前為止，這些專利都沒 有對人體糞便的收集進行說明，對人體糞便菌群的預培養(yǎng)基和酵解培養(yǎng)基的配制及菌群的 培養(yǎng)控制也沒有說明(有些專利對菌群的酵解過程都沒有進行說明）。而這些準備過程對于 大腸酵解的模擬過程非常重要。同時這些專利對于控制大腸酵解體系中參數(shù)的說明也不夠 詳細，其中有些專利有些僅與動物相關參數(shù)為基礎，與人的關聯(lián)性不大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實用新型的目的在于提供一種模擬大腸酵解的裝置。該裝置可以對各種活性或 營養(yǎng)物質(zhì)進入人體后在大腸中酵解情況進行觀測，幫助探索各種活性或營養(yǎng)物質(zhì)進入人體 后在大腸中的酵解情況。
[0006] 本實用新型是通過以下技術方案實現(xiàn)的。
[0007] 本實用新型所述的模擬大腸酵解的裝置包括待測物盛放厭氧皿（1)、待測物輸送 恒流泵（2)、水浴控制系統(tǒng)（3)、溫度及壓力監(jiān)控系統(tǒng)（4)、大腸厭氧酵解器（5)、磁力攪拌器 (6)、壓力計（7)、溫度計（8)、壓力閥（9)、氮氣，氫氣和二氧化碳氣瓶（10)、大腸排空恒流泵 (11)、酵解產(chǎn)物收集盛放厭氧皿（12)。大腸厭氧酵解器（5)的內(nèi)部為密封的厭氧酵解室，夕卜 層為水浴層。待測物盛放厭氧皿（1)通過軟管與待測物輸送恒流泵（2)連接，待測物輸送 恒流泵（2 )的另一端通過軟管伸入大腸厭氧酵解器（5 )的內(nèi)部；氮氣，氫氣和二氧化碳氣瓶 (10)通過氣管與壓力閥（9)連接并合并成一個氣管輸出，同時輸出的氣管連接大腸厭氧酵 解器（5)的頂部進氣口并旋緊進氣口；酵解產(chǎn)物收集盛放厭氧皿（12)通過軟管與大腸排空 恒流泵（11)連接，大腸排空恒流泵（11)的另一端通過軟管連接到大腸厭氧酵解器（5)的內(nèi) 部底端出口；大腸厭氧酵解器（5)置于磁力攪拌器（6)上；溫度及壓力監(jiān)控系統(tǒng)（4)分別連 接壓力計（7)和溫度計（8)，并且壓力計（7)置于大腸厭氧酵解器（5)內(nèi)部的頂部，溫度計 (8 )懸置于大腸厭氧酵解器（5 )的內(nèi)部；大腸厭氧酵解器（5 )的頂部通過密封膜密封各個軟 管，壓力計和溫度計的電線進口；水浴控制系統(tǒng)（3)通過軟管與大腸厭氧酵解器（5)的外層 上下2個水浴出口相連。
[0008] 本實用新型所述的模擬大腸酵解的裝置使用方法是：將待測物溶液或分散液加入 到待測物盛放厭氧皿（1)中，通入N 2將待測物盛放厭氧皿（1)中的02排盡。大腸厭氧酵解 器（5)的內(nèi)部加入足夠量的培養(yǎng)基和已預培養(yǎng)的人體糞便菌群，將待測物盛放厭氧皿（1) 中的待測物溶液或分散液通過待測物輸送恒流泵（2)以4-6 ml/min流速加入大腸厭氧酵 解器（5)的內(nèi)部進行模擬大腸酵解。開啟磁力攪拌器（6)，以100-200 rpm/min的恒定的攪 拌速度模擬大腸的蠕動，通過水浴控制系統(tǒng)（3)控制反應器中的溫度，并通過溫度及壓力監(jiān) 控系統(tǒng)（4)連接的溫度計（8)監(jiān)控大腸厭氧酵解器（5)的內(nèi)部溫度，保持恒定的37°C。同 時，通過溫度及壓力監(jiān)控系統(tǒng)（3 )連接的壓力計（7 )監(jiān)控大腸厭氧酵解器（5 )的內(nèi)部壓力， 并控制壓力閥（9)調(diào)節(jié)氣體輸出情況，始終大腸厭氧酵解器（5)中保持10-15% H2,10-15% C02，和70-80% N2的厭氧條件。大腸酵解的時間為24 h，通過大腸排空恒流泵（11)以4-6 ml/min流速模擬大腸的排空，將酵解后的產(chǎn)物收集于酵解產(chǎn)物收集盛放厭氧皿（12)中，得 大腸酵解產(chǎn)物。之后，將收集到的酵解產(chǎn)物在沸水浴中（提前準備）30-40分鐘以去除剩余 菌群的活性。模擬酵解過程重復三次，并用氣相法檢測酵解產(chǎn)物。
[0009] 本實用新型的技術效果是：本發(fā)明可以對各種活性或營養(yǎng)物質(zhì)進入人體后在大腸 中酵解情況進行觀測，幫助探索各種活性或營養(yǎng)物質(zhì)進入人體后在大腸中的酵解情況。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1是模擬大腸酵解的裝置示意圖。其中，1為待測物盛放厭氧皿；2為待測物輸 送恒流泵；3為水浴控制系統(tǒng)；4為溫度及壓力監(jiān)控系統(tǒng)；5大腸厭氧酵解器；6為磁力攪拌 器；7為壓力計；8為溫度計；9壓力閥；10氮氣，氫氣和二氧化碳氣瓶；11大腸排空恒流泵； 12酵解產(chǎn)物收集盛放厭氧皿。

【具體實施方式】
[0011] 本實用新型將通過以下實施例作進一步說明。
[0012] 按照上述具體操作步驟，在設定條件下模擬大腸酵解。
[0013] 實施例1。
[0014] 植物多糖的大腸模擬酵解。
[0015] ( 1)人體糞便混合物的制備。
[0016] 將收集到新鮮的糞便(提供糞便的志愿者通常情況下攝入正常的飲食，沒有消化 疾病，至少3個月沒有服用抗生素)，立即通入流速為100 ml/s的C02，持續(xù)5 min，將其放 置到一個封閉的瓶子中在大約37°C下保溫5 min，然后稱量糞便重量。將生理鹽水（0.9% NaCl，37°C)加入到裝有糞便的密封瓶子當中[其中緩沖溶液：糞便（V/W) = 4:1]，用磁力 攪拌器攪拌糞便混合物4 min后用已滅菌的紗布進行過濾，濾液在37°C的水浴中恒溫，并 且持續(xù)通入C02備用。
[0017] (2)糞便菌群預培養(yǎng)。
[0018] 取糞便混合物（100 g)在1 L預培養(yǎng)基中厭氧條件下進行預培養(yǎng)（1 L預培養(yǎng)基 中含8 g胰蛋白胨，5 g酵母，9 g NaCl，5 g葡萄糖和5 g麥芽糖）。過夜培養(yǎng)后，將100 mL的預培養(yǎng)物通過已滅菌的紗布過濾除去大顆粒物后轉(zhuǎn)移至一個厭氧罐中，得已預培養(yǎng)的 糞便菌群。
[0019] (3)配制酵解培養(yǎng)基。
[0020] 1 L 酵解培養(yǎng)基中含：4 g NaCl，4 g KC1，1 g NaHC03,0. 6 g MgS04 ·Η20，0· 7 g L-半胱氨酸 HC1.H20,0.5 g KH2P04,0.5 g K2HP04,0.4 g 膽汁鹽，0.05 g CaCl2,0.005 g FeS04*7H20，l mL吐溫80和3 mL樹脂天青溶液（0.025%，w/v，厭氧指示劑）。培養(yǎng)基 在121°C下滅菌15 min后待用。
[0021] (4)模擬大腸酵解。
[0022] 首先，將已預先經(jīng)過口腔，胃部及小腸模擬消化的植物多糖溶液待測物盛放厭氧 皿1中。
[0023] 然后，大腸酵解采用對照試驗方法如下分組。
[0024] 實驗組1 (植物多糖組):向模擬裝置中加入培養(yǎng)基，糞便菌群和植物多糖溶液進行 大腸模擬酵解。
[0025] 實驗組2 (空白組）：向模擬裝置中加入培養(yǎng)基，糞便菌群和水(與實驗組1中的植 物多糖溶液同體積）進行大腸模擬酵解，該實驗組是為去除培養(yǎng)基和糞便菌群中本身的物 質(zhì)對于分析植物多糖大腸酵解情況的干擾。
[0026] 模擬大腸酵解的裝置示意圖如附圖1所示。裝置包括待測物盛放厭氧皿1、待測物 輸送恒流泵2、水浴控制系統(tǒng)3、溫度及壓力監(jiān)控系統(tǒng)4、大腸厭氧酵解器5、磁力攪拌器6、壓 力計7、溫度計8、壓力閥9、氮氣，氫氣和二氧化碳氣瓶10、大腸排空恒流泵11、酵解產(chǎn)物收 集盛放厭氧皿12。大腸厭氧酵解器5的內(nèi)部為密封的厭氧酵解室，外層為水浴層。待測物 盛放厭氧皿1通過軟管與待測物輸送恒流泵2連接，待測物輸送恒流泵2的另一端通過軟 管伸入大腸厭氧酵解器5的內(nèi)部；氮氣，氫氣和二氧化碳氣瓶10通過氣管與壓力閥9連接 并合并成一個氣管輸出，同時輸出的氣管連接大腸厭氧酵解器5的頂部進氣口并旋緊進氣 口；酵解產(chǎn)物收集盛放厭氧皿12通過軟管與大腸排空恒流泵11連接，大腸排空恒流泵11 的另一端通過軟管連接到大腸厭氧酵解器5的內(nèi)部底端出口；大腸厭氧酵解器5置于磁力 攪拌器6上；溫度及壓力監(jiān)控系統(tǒng)4分別連接壓力計7和溫度計8,并且壓力計7置于大腸 厭氧酵解器5內(nèi)部的頂部，溫度計8懸置于大腸厭氧酵解器5的內(nèi)部；大腸厭氧酵解器5的 頂部通過密封膜密封各個軟管，壓力計和溫度計的電線進口；水浴控制系統(tǒng)3通過軟管與 大腸厭氧酵解器5的外層上下2個水浴出口相連。
[0027] 使用方法：將植物多糖溶液加入到待測物盛放厭氧皿1中，通入N2將待測物盛放 厭氧皿1中的〇 2排盡。大腸厭氧酵解器5的內(nèi)部加入足夠量的培養(yǎng)基和已預培養(yǎng)的人體 糞便菌群，將待測物盛放厭氧皿1中的植物多糖溶液通過待測物輸送恒流泵2以4 ml/min 流速加入大腸厭氧酵解器5的內(nèi)部進行模擬大腸酵解。開啟磁力攪拌器6,以100 rpm/min 的恒定的攪拌速度模擬大腸的蠕動，通過水浴控制系統(tǒng)3控制反應器中的溫度，并通過溫 度及壓力監(jiān)控系統(tǒng)4連接的溫度計8監(jiān)控大腸厭氧酵解器5的內(nèi)部溫度，保持恒定的37 °C。 同時，通過溫度及壓力監(jiān)控系統(tǒng)3連接的壓力計7監(jiān)控大腸厭氧酵解器5的內(nèi)部壓力，并控 制壓力閥9調(diào)節(jié)氣體輸出情況，始終大腸厭氧酵解器5中保持10% H2,10% C02,和80% N2的 厭氧條件。大腸酵解的時間為24 h，通過大腸排空恒流泵11以4 ml/min流速模擬大腸的 排空，將酵解后的產(chǎn)物收集于酵解產(chǎn)物收集盛放厭氧皿12中，得大腸酵解產(chǎn)物。之后，將收 集到的酵解產(chǎn)物在沸水浴中(提前準備）30分鐘以去除剩余菌群的活性。
[0028] 實驗組1和2分別進行模擬酵解過程重復三次，并用氣相法檢測植物多糖酵解體 系中的主要短鏈脂肪酸的產(chǎn)量。檢測結果如下表所示：
[0029]

【權利要求】
1. 一種模擬大腸酵解的裝置，其特征是包括待測物盛放厭氧皿（1)、待測物輸送恒 流泵（2)、水浴控制系統(tǒng)（3)、溫度及壓力監(jiān)控系統(tǒng)（4)、大腸厭氧酵解器（5)、磁力攪拌器 (6)、壓力計（7)、溫度計（8)、壓力閥（9)、氮氣，氫氣和二氧化碳氣瓶（10)、大腸排空恒流泵 (11)、酵解產(chǎn)物收集盛放厭氧皿（12);大腸厭氧酵解器（5)的內(nèi)部為密封的厭氧酵解室，夕卜 層為水浴層；待測物盛放厭氧皿（1)通過軟管與待測物輸送恒流泵（2)連接，待測物輸送恒 流泵（2)的另一端通過軟管伸入大腸厭氧酵解器（5)的內(nèi)部；氮氣，氫氣和二氧化碳氣瓶 (10)通過氣管與壓力閥（9)連接并合并成一個氣管輸出，同時輸出的氣管連接大腸厭氧酵 解器（5)的頂部進氣口并旋緊進氣口；酵解產(chǎn)物收集盛放厭氧皿（12)通過軟管與大腸排空 恒流泵（11)連接，大腸排空恒流泵（11)的另一端通過軟管連接到大腸厭氧酵解器（5)的內(nèi) 部底端出口；大腸厭氧酵解器（5)置于磁力攪拌器（6)上；溫度及壓力監(jiān)控系統(tǒng)（4)分別連 接壓力計（7)和溫度計（8)，并且壓力計（7)置于大腸厭氧酵解器（5)內(nèi)部的頂部，溫度計 (8 )懸置于大腸厭氧酵解器（5 )的內(nèi)部；大腸厭氧酵解器（5 )的頂部通過密封膜密封各個軟 管，壓力計和溫度計的電線進口；水浴控制系統(tǒng)（3 )通過軟管與大腸厭氧酵解器（5 )的外層 上下2個水浴出口相連。
【文檔編號】C12M1/36GK204058473SQ201320791643
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權日:2013年12月5日
【發(fā)明者】聶少平, 謝明勇, 胡婕倫 申請人:南昌大學