專利名稱：用于物質(zhì)養(yǎng)分生物利用實(shí)時在線檢測的方法及反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微生物發(fā)酵技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種用于物質(zhì)養(yǎng)分生物利用實(shí)時在線檢測的方法，同時還涉及一種用于物質(zhì)養(yǎng)分生物利用實(shí)時在線檢測的微型生物反應(yīng)器，以便于評價胃腸道微生物對不同類型飼料的降解效率，以及評價產(chǎn)甲烷類微生物對畜禽糞污降解產(chǎn)生甲烷的效率。并通過增加微型生物反應(yīng)器的單元，實(shí)現(xiàn)對大批量飼料或畜禽糞污類物質(zhì)微生物利用效率的高效運(yùn)作評價。
背景技術(shù)：
體外發(fā)酵法已成為發(fā)達(dá)及發(fā)展中國家采用最多的用以評價放牧家畜飼草飼料飼用價值的技術(shù)之一。目前所用到的體外發(fā)酵產(chǎn)氣法發(fā)酵培養(yǎng)裝置主要有注射器發(fā)酵培養(yǎng)裝 置、半自動壓力傳感裝置及全自動壓力傳感裝置。但注射器發(fā)酵培養(yǎng)裝置、半自動壓力傳感裝置最明顯的缺陷是獲取的數(shù)據(jù)是非連續(xù)性的，往往需要通過數(shù)學(xué)模型模擬來彌補(bǔ)數(shù)據(jù)間斷性的缺點(diǎn)，由此往往獲得的模擬參數(shù)很難得到真正有生物學(xué)意義的解釋。而全自動壓力傳感器法只是對飼料發(fā)酵過程中的總產(chǎn)氣量進(jìn)行測定，而對氣體成分及發(fā)酵后發(fā)酵液中的各種成分的變化情況沒有進(jìn)行實(shí)時測定，不能實(shí)時反映飼料養(yǎng)分消化或降解過程的實(shí)際動態(tài)狀況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于提供了一種用于物質(zhì)養(yǎng)分生物利用實(shí)時在線檢測的方法，方法易行，操作簡便，利用壓力傳感器記錄壓力，利用電磁閥控制氣體的排出，使物質(zhì)分解產(chǎn)生的氣體體積的記錄和氣體成分的分析易實(shí)現(xiàn)自動化；利用液體流量控制閥可實(shí)現(xiàn)發(fā)酵液的自動取樣，節(jié)省人力，有利于提高實(shí)驗(yàn)操作的自動化程度和結(jié)果的精確性。本發(fā)明的另一個目的是在于提供了一種用于物質(zhì)養(yǎng)分生物利用實(shí)時在線檢測的微型生物反應(yīng)器，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，可在飼料或糞污發(fā)酵過程中實(shí)現(xiàn)自動實(shí)時取樣和對產(chǎn)生的氣體進(jìn)行自動取樣及氣體成分的自動測量。一種用于物質(zhì)養(yǎng)分生物利用實(shí)時在線檢測反應(yīng)器的方法，其步驟是步驟I、在反應(yīng)器體內(nèi)放置可發(fā)酵物質(zhì)和腸道微生物或甲烷菌，同時放入活動玻璃珠，然后用密封塞和固緊蓋進(jìn)行密封，反應(yīng)器體通過氣體樣品取樣管連接氣體壓力傳感器，然后再與三通電磁閥連通；反應(yīng)器體通過液體樣品取樣管連接液體流量控制閥。步驟2、由氣體壓力傳感器控制反應(yīng)器體內(nèi)的壓力，當(dāng)反應(yīng)器體內(nèi)的壓力達(dá)到預(yù)設(shè)最高值時(IOkPa),發(fā)出電子信號，三通電磁閥打開，將反應(yīng)器體內(nèi)的氣體通過氣體樣品取樣管進(jìn)行取樣或排放，直至反應(yīng)器體內(nèi)的氣體壓力恢復(fù)至預(yù)設(shè)的最低值(相對大氣壓為OkPa)。步驟3、根據(jù)試驗(yàn)要求在選定的時間點(diǎn)(例如在發(fā)酵2或6或10或16或24或36或48小時等)，打開液體流量控制閥，將反應(yīng)器體內(nèi)的發(fā)酵液體通過液體樣品取樣管取出，供VFA、氨態(tài)氮、微生物蛋白等的測定。
一種用于物質(zhì)養(yǎng)分生物利用實(shí)時在線檢測的微型生物反應(yīng)器，由反應(yīng)器體、氣體樣品取樣管、液體樣品取樣管、氣體壓力傳感器、液體流量控制閥及三通電磁閥構(gòu)成，其特征在于氣體樣品取樣管與氣體壓力傳感器相連，氣體壓力傳感器后面再接三通電磁閥，在反應(yīng)器體的底部有活動玻璃珠，液體樣品取樣管外端與液體流量控制閥相連。在反應(yīng)器體頂部設(shè)有密封塞及固緊蓋，密封塞及固緊蓋上設(shè)置有小孔，供氣體樣品取樣管及液體樣品取樣管通過。氣體樣品取樣管一端通過密封塞及固緊蓋上的小孔插入反應(yīng)器體，另一端分別與氣體壓力傳感器及三通電磁閥相連。液體樣品取樣管一端通過密封 塞及固緊蓋上的小孔插入反應(yīng)器體，另一端與液體流量控制閥相連。在反應(yīng)器體內(nèi)，物質(zhì)養(yǎng)分(如碳水化合物、粗蛋白及粗脂肪等)在微生物作用下分解生成二氧化碳、甲烷、氫、氨態(tài)氮、短鏈脂肪酸、合成微生物蛋白等。當(dāng)反應(yīng)器體內(nèi)的氣體不斷累積時產(chǎn)生的壓力通過氣體樣品取樣管傳遞給氣體壓力傳感器，當(dāng)氣體累積壓力達(dá)到IOkPa時，三通電磁閥打開，氣體成分通過氣體樣品取樣管進(jìn)入氣體分析儀器進(jìn)行分析或排出，同時反應(yīng)器體內(nèi)的壓力回到正常氣壓下。發(fā)酵后的固液混合樣品經(jīng)液體樣品取樣管前端小孔的過濾后，通過液體樣品取樣管流出，由液體流量控制閥控制液體樣品的取樣量。反應(yīng)器體底部的活動玻璃珠帶動器體內(nèi)的固體及液體成分一起運(yùn)動，使發(fā)酵液樣品混合更為均勻。所述的反應(yīng)器體為玻璃材質(zhì)，其容積在150ml以內(nèi)，反應(yīng)器體內(nèi)的壓力控制在相對大氣壓力值為0 — lOkPa。所述的液體樣品取樣管的底端有孔，內(nèi)徑為4mm。所述的密封塞為丁基橡膠。所述的氣體壓力傳感器量程為0 — lOOkPa。所述的液體流量控制閥控制液體流速范圍為0 — 100ml/min。所述的氣體樣品取樣管內(nèi)徑為2mm。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果本發(fā)明建立了一種微型生物反應(yīng)器，它具有結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，適合連續(xù)培養(yǎng)、自動取樣、以及多個小型反應(yīng)器體相連進(jìn)行大批量樣本分析的特點(diǎn)。可在飼料或糞污發(fā)酵過程中實(shí)現(xiàn)自動實(shí)時取樣和對產(chǎn)生的氣體進(jìn)行自動測量。通過連用40個微型反應(yīng)器單元，以玉米秸為底物，在72小時發(fā)酵反應(yīng)中，壓力傳感器讀取壓力精度可控制在0. OlkPa, 40個反應(yīng)單元間的溫度誤差在0. 5° C，對同一樣品，平行樣品之間的產(chǎn)氣精度可控制在5%以內(nèi)，干物質(zhì)消失率的誤差在2%以內(nèi)。20個反應(yīng)單元的液體樣品的取樣誤差在5%以內(nèi)。采用此方法時對一個發(fā)酵樣品的平均取樣時間只相當(dāng)于傳統(tǒng)方法的1/20，而且在取液體及氣體樣品時可保證反應(yīng)器的溫度保持恒定，從而提高試驗(yàn)的準(zhǔn)確性與精密度。如果每個樣品做兩個平行，每次試驗(yàn)可對20個樣品同時進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)對各種飼料的大批量測定，減小試驗(yàn)勞動強(qiáng)度，大大提高工作效率。


圖I為一種用于物質(zhì)養(yǎng)分生物利用實(shí)時在線檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。其中活動玻璃珠(I)、液體流量控制閥(2) (BT100-1L)、液體樣品取樣管(3)、反應(yīng)器體(4) (KY-YYP150)、密封塞(5)、固緊蓋(6)、氣體樣品取樣管(7)、三通電磁閥(8)(KQ2T23-M5/04 )、氣體壓力傳感器(9 ) (PSE543-M5 )。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I:一種用于物質(zhì)養(yǎng)分生物利用實(shí)時在線檢測反應(yīng)器的方法，其步驟是步驟I、在反應(yīng)器體4內(nèi)放置可發(fā)酵物質(zhì)和腸道微生物或甲烷菌，同時放入活動玻璃珠1，然后用密封塞5和固緊蓋6進(jìn)行密封，反應(yīng)器體4通過氣體樣品取樣管7連接氣體壓力傳感器9，然后再與三通電磁閥8連通；反應(yīng)器體4通過液體樣品取樣管3連接液體流量控制閥2。步驟2、當(dāng)氣體壓力傳感器9監(jiān)測到的壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值時(IOkPa),發(fā)出電子信號給三通電磁閥8，三通電磁閥8打開，氣體通過氣體樣品取樣管7排放或進(jìn)行取樣，直至反應(yīng)器體4內(nèi)的氣壓恢復(fù)至大氣壓，等待下次氣體排出或取樣。 步驟3、根據(jù)試驗(yàn)要求選定時間點(diǎn)在發(fā)酵2或6或10或16或24或36或48小時，控制液體流量控制閥2，將反應(yīng)器體4內(nèi)的發(fā)酵液體通過液體樣品取樣管3取出，供VFA、氨態(tài)氮、微生物蛋白等的測定，從而獲得飼料物質(zhì)中碳水化合物及蛋白質(zhì)的消化率情況，以及微生物蛋白的合成情況，根據(jù)微生物蛋白的合成量，以及VFA中不同揮發(fā)性脂肪酸的含量及比例以及氨態(tài)氮的生成量可對飼料的營養(yǎng)價值高低進(jìn)行評價。實(shí)施例2:下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。根據(jù)圖I所示，一種用于物質(zhì)養(yǎng)分生物利用實(shí)時在線檢測的微型生物反應(yīng)器，由容積為150ml可密封上開口的反應(yīng)器體4、氣體樣品取樣管7、液體樣品取樣管3、氣體壓力傳感器9、液體流量控制閥2及三通電磁閥8組成，其依次連接關(guān)系是氣體樣品取樣管7與氣體壓力傳感器9相連，氣體壓力傳感器9后面再接三通電磁閥8，在反應(yīng)器體4的底部有活動玻璃珠1，液體樣品取樣管3外端與流量控制閥2相連。反應(yīng)器體4頂部由密封塞5及固緊蓋6密封，反應(yīng)器體內(nèi)加入物質(zhì)樣品后通入CO2造成厭氧環(huán)境，同時加入發(fā)酵培養(yǎng)液，然后用密封塞5及固緊蓋密封及緊固，將內(nèi)徑分別為2_和氣體樣品取樣管7及4_的液體樣品取樣管3穿過密封塞5及固緊蓋6與反應(yīng)器體4內(nèi)部相通。氣體樣品取樣管7外端近反應(yīng)器體4端與氣體壓力傳感器9相連，氣體壓力傳感器9后端再與三通電磁閥8相連；反應(yīng)器體4內(nèi)的壓力與氣體樣品取樣管7中的壓力一致。物質(zhì)養(yǎng)分在培養(yǎng)液中微生物的作用下分解產(chǎn)生氣體，當(dāng)反應(yīng)器體4內(nèi)的壓力達(dá)到預(yù)設(shè)最高值(IOkPa)時，發(fā)出電子信號給三通電磁閥8，三通電磁閥8打開，排出氣體取得氣體樣品，同時反應(yīng)器體4內(nèi)的壓力下降到預(yù)設(shè)最低值(相對大氣壓的值為OkPa)，等待下次氣體排出。液體樣品取樣管3接觸培養(yǎng)液的一端開有小孔，外端與液體流量控制閥2相連，反應(yīng)器體4內(nèi)的發(fā)酵樣品經(jīng)液體樣品取樣管3前端的小孔過濾后通過液體樣品取樣管3經(jīng)液體流量控制閥2排出，取得液體樣品；液體流量控制閥2控制每個發(fā)酵反應(yīng)器體每次液體樣品的流出量為2ml。反應(yīng)器底部裝有活動玻璃珠1，反應(yīng)器內(nèi)的飼料物質(zhì)及發(fā)酵液在活動玻璃珠I的帶動下一起運(yùn)動模擬胃腸道的運(yùn)動，同時將飼料物質(zhì)及發(fā)酵液混合均勻。所述的反應(yīng)器體4為玻璃材質(zhì)，其容積在150ml以內(nèi)，反應(yīng)器體4內(nèi)的壓力控制在相對大氣壓力值為0或I或3或5或7或8或lOkPa。所述的液體樣品取樣管3的底端有孔，內(nèi)徑為4_。
所述的密封塞5為丁基橡膠。所述的氣體壓力傳感器9量程為0或10或20或35或45或55或68或78或87或 95 或 IOOkPa0所述的液體流量控制閥2控制液體流速范圍為0或15或25或40或50或66或75 或 88 或 93 或 100ml/min。 所述的氣體樣品取樣管7與氣體壓力傳感器9和三通電磁閥8相連，氣體樣品取樣管7內(nèi)徑為2mm。
權(quán)利要求
1.一種用于物質(zhì)養(yǎng)分生物利用實(shí)時在線檢測的方法，其步驟是 步驟I、在反應(yīng)器體(4)內(nèi)放置發(fā)酵物質(zhì)和腸道微生物或甲烷菌，同時放入活動玻璃珠(1)，然后用密封塞(5)和固緊蓋(6)進(jìn)行密封，反應(yīng)器體(4)通過氣體樣品取樣管(7)連接氣體壓力傳感器(9)，然后再與三通電磁閥(8)連通；反應(yīng)器體(4)通過液體樣品取樣管(3)連接液體流量控制閥(2)； 步驟2、氣體壓力傳感器(9)監(jiān)測到的壓力達(dá)到預(yù)設(shè)最高值，發(fā)出電子信號給三通電磁閥(8)，三通電磁閥(8)打開，氣體通過氣體樣品取樣管(7)排放或進(jìn)行取樣，直至反應(yīng)器體(4)內(nèi)的氣壓恢復(fù)至大氣壓，等待下次氣體排出或取樣； 步驟3、在選定的時間點(diǎn)，打開液體流量控制閥(2)，將反應(yīng)器體(4)內(nèi)的發(fā)酵液體通過液體樣品取樣管(3)取出，供VFA、氨態(tài)氮、微生物蛋白的測定。
2.權(quán)利要求I所述的一種用于物質(zhì)養(yǎng)分生物利用實(shí)時在線檢測的微型生物反應(yīng)器，它由密封塞(5)、固緊蓋(6)、反應(yīng)器體(4)、氣體樣品取樣管(7)和液體樣品取樣管(3)構(gòu)成，其特征在于氣體樣品取樣管(7)與氣體壓力傳感器(9)相連，氣體壓力傳感器(9)后面再接三通電磁閥(8)，在反應(yīng)器體(4)的底部有活動玻璃珠(1)，液體樣品取樣管(3)外端與液體流量控制閥(2)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于物質(zhì)養(yǎng)分生物利用實(shí)時在線檢測的微型生物反應(yīng)器，其特征在于所述的反應(yīng)器體(4)為玻璃材質(zhì)，其容積在150ml以內(nèi)，反應(yīng)器體(4)內(nèi)的壓力控制在相對大氣壓力值為0 — lOkPa。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于物質(zhì)養(yǎng)分生物利用實(shí)時在線檢測的微型生物反應(yīng)器，其特征在于所述的液體樣品取樣管(3)的底端有孔，內(nèi)徑為4mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于物質(zhì)養(yǎng)分生物利用實(shí)時在線檢測的微型生物反應(yīng)器，其特征在于所述的密封塞(4)為丁基橡膠。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于物質(zhì)養(yǎng)分生物利用實(shí)時在線檢測的微型生物反應(yīng)器，其特征在于所述的氣體壓力傳感器(9)量程為0 — lOOkPa。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于物質(zhì)養(yǎng)分生物利用實(shí)時在線檢測的微型生物反應(yīng)器，其特征在于所述的液體流量控制閥(2)液體流量控制閥控制液體流速范圍為0 —100ml/mino
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于物質(zhì)養(yǎng)分生物利用實(shí)時在線檢測的微型生物反應(yīng) 器，其特征在于所述的氣體樣品取樣管(7)內(nèi)徑為2mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于物質(zhì)養(yǎng)分生物利用實(shí)時在線檢測的方法及反應(yīng)器，步驟A、在反應(yīng)器體內(nèi)放置發(fā)酵物質(zhì)和腸道微生物；B、由氣體壓力傳感器監(jiān)測反應(yīng)器體內(nèi)的壓力，控制三通電磁閥將反應(yīng)器體內(nèi)的氣體通過氣體樣品取樣管進(jìn)行取樣；C、將反應(yīng)器體內(nèi)的發(fā)酵液體通過液體樣品取樣管取出，供VFA、氨態(tài)氮、微生物蛋白等的測定。氣體樣品取樣管與氣體壓力傳感器相連，氣體壓力傳感器后面再接三通電磁閥，在反應(yīng)器體的底部有活動玻璃珠，液體樣品取樣管外端與液體流量控制閥相連。方法易行，操作簡便，結(jié)構(gòu)簡單，能在同一在線檢測中設(shè)置多個微型生物反應(yīng)器，可進(jìn)行物質(zhì)養(yǎng)分利用的大批量分析評價。
文檔編號G01N1/28GK102798557SQ20121028417
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月10日
發(fā)明者湯少勛, 王敏, 周傳社, 譚支良, 韓雪峰, 康勁翮 申請人:中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所