瘤胃模擬裝置及瘤胃模擬裝置的控制方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及反芻動物營養(yǎng)研宄領域，具體而言，涉及瘤胃模擬裝置及瘤胃模擬裝置的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]反芻動物的瘤胃是一個效率非常高的生物發(fā)酵罐，瘤胃內(nèi)棲息著復雜多樣、數(shù)量巨大的微生物。微生物與宿主以及不同微生物之間處于一種相互制約、相互依賴的動態(tài)平衡狀態(tài)。由于瘤胃是一個非常復雜的動態(tài)發(fā)酵系統(tǒng)，瘤胃中各種條件常處于動態(tài)的調(diào)控之中，所以較多試驗很難在活體動物身上開展。
[0003]為了解決上述問題，相關(guān)技術(shù)提供了瘤胃模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)應用瘤胃模擬技術(shù)可以有效模擬瘤胃發(fā)酵，是研宄反芻動物瘤胃生理學、發(fā)酵生物化學、微生物學和營養(yǎng)學等較為理想的模型。瘤胃模擬技術(shù)在動物營養(yǎng)研宄領域應用十分廣泛，特別適合于在研宄營養(yǎng)誤會的匹配關(guān)系及其對瘤胃微生物代謝影響等用動物難以操作的領域。
[0004]具體的，瘤胃模擬系統(tǒng)包括人工瘤胃模擬系統(tǒng)和連續(xù)培養(yǎng)瘤胃模擬裝置；連續(xù)培養(yǎng)瘤胃模擬裝置如國際上應用較廣的單外流連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)和雙外流連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)。單外流是指消化食糜固相和液相均以相同速度外流的系統(tǒng)；而雙外流是將消化糜固相和液相外流速度分別加以控制的系統(tǒng)。單外流連續(xù)體外發(fā)酵裝置的典型代表的特點是把被測日糧放入尼龍袋中，再把尼龍袋放入發(fā)酵罐內(nèi)供微生物降解，但該裝置對應的控制系統(tǒng)沒有考慮瘤胃內(nèi)的固相和液相外流速度不同的情況，而且產(chǎn)氣量的測定存在較大誤差。雙外流連續(xù)體外發(fā)酵裝置的典型代表為連續(xù)培養(yǎng)裝置，該裝置依靠發(fā)酵罐內(nèi)的過濾膜保持固相食糜外流速度和液體外流速度的不同，通過持續(xù)向發(fā)酵罐內(nèi)通入C02維持發(fā)酵罐內(nèi)的厭氧環(huán)境，但是該裝置無法準確區(qū)分已發(fā)酵和剛投入的飼料，無法測定單一飼料的消化率；人工瘤胃模擬系統(tǒng)，伴隨著發(fā)酵時間的延長，模擬裝置內(nèi)的微生物群落結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變，微生物數(shù)量特別是原蟲數(shù)量會逐漸減少設置消失。
[0005]發(fā)明人在研宄中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中瘤胃模擬系統(tǒng)存在沒有考慮瘤胃內(nèi)的固相和液相外流速度不同的情況、產(chǎn)氣量的測定存在較大誤差不理想、無法準確區(qū)分已發(fā)酵和剛投入的飼料以及無法測定單一飼料的消化率的問題，針對這些問題，目前尚未提出一種較好的解決方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供瘤胃模擬裝置及瘤胃模擬裝置的控制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)瘤胃內(nèi)容物液相和固相以不同的速率外排以及在不影響發(fā)酵罐內(nèi)環(huán)境的前提下排出發(fā)酵產(chǎn)生的氣體并準確記錄產(chǎn)氣量等，用以更好的模擬反芻動物瘤胃蠕動、吸收和發(fā)酵終產(chǎn)物的外排功能。
[0007]第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種瘤胃模擬裝置，包括發(fā)酵罐，用于瘤胃微生物對發(fā)酵底物發(fā)酵；裝置還包括:
[0008]攪拌裝置，用于對發(fā)酵罐的內(nèi)容物進行攪拌；
[0009]緩沖液注入裝置，用于將存儲的緩沖液注入到發(fā)酵罐中；
[0010]排氣裝置，用于釋放發(fā)酵罐和/或采集裝置內(nèi)的氣體；
[0011]排液裝置，用于釋放發(fā)酵罐內(nèi)的緩沖液；
[0012]排固裝置，用于釋放發(fā)酵罐內(nèi)的固相食糜；
[0013]控制器，當瘤胃模擬裝置上電時，根據(jù)生成的流量脈沖控制攪拌裝置、緩沖液注入裝置、排氣裝置、排液裝置和排固裝置正常工作。
[0014]結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，該瘤胃模擬裝置還包括:
[0015]加料裝置，用于向發(fā)酵罐內(nèi)加入原料；
[0016]加熱裝置，用于對發(fā)酵罐和排液裝置進行加熱，以保持發(fā)酵罐和排液裝置在合適的溫度；
[0017]采集裝置，用于采集發(fā)酵罐內(nèi)的預設發(fā)酵參數(shù)；預設發(fā)酵參數(shù)包括:發(fā)酵罐內(nèi)容物的氫離子濃度指數(shù)PH、發(fā)酵罐內(nèi)容物的發(fā)酵溫度、發(fā)酵罐內(nèi)氣體的壓力、發(fā)酵罐內(nèi)氣體的0)2濃度和發(fā)酵罐內(nèi)氣體的CH4濃度；
[0018]控制器，當瘤胃模擬裝置上電時，控制加料裝置、加熱裝置和采集裝置工作，并對采集裝置采集的預設發(fā)酵參數(shù)進行處理和顯示；
[0019]計時器，用于在每一次到達預設計時周期時，向控制器發(fā)送提示信息；
[0020]控制器還用于控制計時器計時，并根據(jù)計時器發(fā)送的提示信息控制排氣裝置的打開和關(guān)閉。
[0021]本發(fā)明實施例提供的瘤胃模擬裝置，采用調(diào)速裝置調(diào)節(jié)攪拌裝置的攪拌速度；排氣裝置控制發(fā)酵罐內(nèi)氣體的釋放；加料裝置在排氣裝置打開時向發(fā)酵罐內(nèi)加入原料；采集裝置采集發(fā)酵罐內(nèi)的預設發(fā)酵參數(shù)；控制器在瘤胃模擬裝置上電時根據(jù)生成的流量脈沖控制加料裝置、加熱裝置工作以及采集裝置采集工作，并對采集裝置采集的預設發(fā)酵參數(shù)進行處理和顯示，以及控制采集裝置采集預設發(fā)酵參數(shù)并對預設發(fā)酵參數(shù)進行處理和顯示。其與現(xiàn)有技術(shù)中的瘤胃模擬系統(tǒng)存在沒有考慮瘤胃內(nèi)的固相和液相外流速度不同的情況等問題相比，能夠?qū)崿F(xiàn)瘤胃內(nèi)容物液相和固相以不同的速率外排、在不影響發(fā)酵罐內(nèi)環(huán)境的前提下排出發(fā)酵產(chǎn)生的氣體并準確記錄產(chǎn)氣量，并且還能夠減少發(fā)酵食糜在發(fā)酵罐內(nèi)的積聚，用以更好的模擬反芻動物瘤胃蠕動、吸收和發(fā)酵終產(chǎn)物的外排功能。
[0022]第二方面，本發(fā)明實施例還提供了一種瘤胃模擬裝置的控制方法，用于控制如第一方面所述的瘤胃模擬裝置，包括:
[0023]接收主機發(fā)送的攜帶有預設運行參數(shù)及預設運行參數(shù)數(shù)值的數(shù)據(jù)采集指令；其中，預設運行參數(shù)包括排氣壓力、關(guān)氣壓力、攪拌速度、發(fā)酵溫度以及液相稀釋率；
[0024]根據(jù)數(shù)據(jù)采集指令對應的預設運行參數(shù)，控制采集裝置采集預設發(fā)酵參數(shù)；預設發(fā)酵參數(shù)包括:發(fā)酵罐內(nèi)容物的氫離子濃度指數(shù)PH、發(fā)酵罐內(nèi)容物的發(fā)酵溫度、發(fā)酵罐內(nèi)氣體的壓力、發(fā)酵罐內(nèi)氣體的0)2濃度和發(fā)酵罐內(nèi)氣體的CH4濃度；
[0025]接收采集裝置發(fā)送的預設發(fā)酵參數(shù)；
[0026]將接收的預設發(fā)酵參數(shù)發(fā)送至主機。
[0027]結(jié)合第二方面，本發(fā)明實施例提供了第二方面的第一種可能的實施方式，其中，根據(jù)數(shù)據(jù)采集指令對應的預設運行參數(shù)，控制采集裝置采集預設發(fā)酵參數(shù)之前，還包括:
[0028]判斷當前的運行參數(shù)數(shù)值與預設運行參數(shù)數(shù)值是否相匹配；
[0029]在檢測到當前的運行參數(shù)數(shù)值與預設運行參數(shù)數(shù)值相匹配時，保持當前的運行參數(shù)數(shù)值不變；
[0030]在檢測到當前的運行參數(shù)數(shù)值與預設運行參數(shù)數(shù)值不匹配時，從數(shù)據(jù)采集指令中提取預設運行參數(shù)數(shù)值，并將預設運行參數(shù)數(shù)值設置為當前的運行參數(shù)數(shù)值。
[0031]結(jié)合第二方面的第一種可能的實施方式，本發(fā)明實施例提供了第二方面的第二種可能的實施方式，其中，根據(jù)數(shù)據(jù)采集指令對應的預設運行參數(shù)，控制采集裝置采集預設發(fā)酵參數(shù)，包括:
[0032]根據(jù)當前的運行參數(shù)數(shù)值控制傳感器采集第一預設發(fā)酵參數(shù)，以及根據(jù)當前的運行參數(shù)數(shù)值控制探測器采集第二預設發(fā)酵參數(shù)；第一預設發(fā)酵參數(shù)包括:發(fā)酵罐內(nèi)容物的氫離子濃度指數(shù)PH、發(fā)酵罐內(nèi)容物的發(fā)酵溫度、發(fā)酵罐內(nèi)氣體的壓力；第二預設發(fā)酵參數(shù)包括:發(fā)酵罐內(nèi)氣體的0)2濃度和發(fā)酵罐內(nèi)氣體的CH4濃度。
[0033]結(jié)合第二方面的第二種可能的實施方式，本發(fā)明實施例提供了第二方面的第三種可能的實施方式，其中，根據(jù)當前的運行參數(shù)數(shù)值控制探測器采集第二預設發(fā)酵參數(shù)，包括:
[0034]判斷探測器是否被置位；
[0035]在檢測到探測器未被置位時，獲取當前的發(fā)酵罐內(nèi)的氣體壓力值，并在檢測到氣體壓力值達到預設壓力值時，向主機發(fā)送請求控制探測器采集第二預設發(fā)酵參數(shù)的第一請求信息；
[0036]在接收到主機反饋的請求成功的反饋信息時，對探測器進行標志置位；
[0037]向標志置位后的探測器發(fā)送的采集第二預設發(fā)酵參數(shù)的控制指令；以及，
[0038]在檢測到探測器被置位時，向當前被置位的探測器發(fā)送請求發(fā)送第二預設發(fā)酵參數(shù)的第二請求信息。
[0039]結(jié)合第二方面的第三種可能的實施方式，本發(fā)明實施例提供了第二方面的第四種可能的實施方式，其中，所述方法還包括:
[0040]在接收到主機反饋的請求失敗的反饋信息時，釋放發(fā)酵罐內(nèi)的氣體；
[0041]向標志置位后的探測器發(fā)送的采集第二預設發(fā)酵參數(shù)的控制指令之后，還包括:
[0042]判斷探測器發(fā)送的第二預設發(fā)酵參數(shù)是否發(fā)送完成；以及，
[0043]在檢測到第二預設發(fā)酵參數(shù)發(fā)送完成后，釋放探測器。
[0044]結(jié)合第二方面的第四種可能的實施方式，本發(fā)明實施例提供了第二方面的第五種可能的實施方式，其中，根據(jù)當前的運行參數(shù)數(shù)值控制傳感器采集第一預設發(fā)酵參數(shù)之前，還包括:
[0045]判斷瘤胃模擬裝置是否啟動/停止；
[0046]在檢測到瘤胃模擬裝置未啟動/停止時，根據(jù)數(shù)據(jù)采集指令控制瘤胃模擬裝置啟動/停止；以及，
[0047]在檢測到瘤胃模擬裝置啟動時，判斷瘤胃模擬裝置是否處于采集模式；
[0048]在檢測到瘤胃模擬裝置處于采集模式時，執(zhí)行根據(jù)當前的運行參數(shù)數(shù)值控制傳感器采集第一預設發(fā)酵參數(shù)的步驟；以及，
[0049]在檢測到瘤胃模擬裝置未處于采集模式時，根據(jù)數(shù)據(jù)采集指令控制排氣裝置打開以及控制加料裝置加料，用以使瘤胃模擬裝置處于采集模式；
[0050]根據(jù)當前的運行參數(shù)數(shù)值控制探測器采集第二預設發(fā)酵參數(shù)之前，還包括:
[0051]判斷探測器是否啟動；以及，
[0052]在檢測到探測器未啟動時，根據(jù)數(shù)據(jù)采集指令啟動探測器。
[0053]本發(fā)明實施例提供的瘤胃模擬裝置的控制方法，采用如下技術(shù)方案:接收到的主機發(fā)送的攜帶有預設運行參數(shù)及預設運行參數(shù)數(shù)值的數(shù)據(jù)采集指令；根據(jù)數(shù)據(jù)采集指令對應的預設運行參數(shù)，控制采集裝置采集預設發(fā)酵參數(shù)；接收采集裝置發(fā)送的預設發(fā)酵參數(shù)并發(fā)送至主機，其與現(xiàn)有技術(shù)的瘤胃模擬系統(tǒng)均不理想相比，其預先設置好排氣裝置的排氣壓力和關(guān)氣壓力、攪拌裝置的攪拌速度、加熱裝置的加熱溫度以及緩沖液注入裝置的注入容量等的運行參數(shù)，并控制瘤胃模擬系統(tǒng)根據(jù)上述設置進行配置，以使得瘤胃模擬裝置進行更好的模擬發(fā)酵，用以實現(xiàn)整個瘤胃模擬裝置的下列效果:
[0054]1、瘤胃內(nèi)容物液相和固相以不同的速率外排；
[0055]2、在不影響發(fā)酵罐內(nèi)環(huán)境的前提下排出發(fā)酵產(chǎn)生的氣體并準確記錄產(chǎn)氣量；
[0056]3、減少發(fā)酵食糜在發(fā)酵罐內(nèi)的積累，用以更好的模擬反芻動物