[发明专利]智能仿生瘤胃发酵器

说明书

技术领域

本发明属于生物发酵技术领域，具体涉及一种智能仿生瘤胃发 酵器。

背景技术

反刍动物消化道结构比较特殊，其最突出的特点是具有四个胃：瘤胃、网胃、 瓣胃和皱胃，其中瘤胃在消化过程中起着特别重要的作用。瘤胃中有大量微生物， 主要包括细菌、原虫和真菌三大类。瘤胃微生物对饲料在瘤胃中的消化起着重要 作用，这一消化过程称为瘤胃发酵。反刍动物利用的大部分营养物质是瘤胃发酵 的终产物。研究表明，反刍动物采食干物质的40～80％在瘤胃中消化，其中约有 70～90％的碳水化合物(Maynard等，1975)，60～95％的粗纤维，10～100％的粗 脂肪都在瘤胃中消化(Church，1976)^[i]，瘤胃中消化的能量占总消化能的23～87％ (Thomas等，1981)。由此可见，瘤胃发酵在反刍动物营养中占有举足轻重的位 置^[ii]。

反刍动物的瘤胃是一个微生物种群复杂、密度大、调控严格的微生态发酵体 系，饲粮被栖居在瘤胃中的各种菌群、原虫和真菌进行发酵、降解，发酵菌质富 含许多复杂和未知的生物活性物质，其代谢产物被宿主动物吸收、转化后作为代 谢所需的营养物和调节物。瘤胃微生物在皱胃被盐酸杀死，是宿主动物的优质安 全的蛋白质来源，同时其有益菌代谢产物--菌质也含有多种活性物质，参与反刍 动物的营养代谢。因而国内外许多动物营养学家、生理学家、生化学家和微生物 学家都非常重视对瘤胃发酵的研究，有关权威专家还提出应创建“瘤胃学”，这 是当前研究热点之一。

瘤胃作为一个生物发酵罐，应当具备适宜于种群复杂、数量巨大的瘤胃微生 物在其中生长繁殖的条件，这些条件随着微生物的生长繁殖会发生相应变化。但 是微生物的生存环境，包括营养物质、温度、酸碱度等又要求相对稳定，因此， 瘤胃内各种环境因素又必须随时处于严密的调控之中。

研究瘤胃发酵的方法主要有三种，分别为体内法、半体内法和体外法。体内 法是研究瘤胃微生物代谢和评定饲料营养价值最直接的方法。但方法复杂，费时 费力，测定费用高，不适合大规模饲料评定，因此不宜作为评定饲料营养价值的 常规方法，而只能是一种参比方法。半体内法主要指尼龙袋法。Quin(1938)、Zinn (1981)、Madsen(1985)、Lorensi(1992)和Khazaal(1995)进行了此类实验， 结果表明尼龙袋法可以较好地估测饲料在体内的降解率。虽然尼龙袋法与体内法 相比，比较简单易行，但此方法需要带瘘管的反刍动物，且其测定结果受多种因 素影响，致使测定结果变异较大。体外法即指采集新鲜瘤胃食糜或瘤胃液体，在 模拟瘤胃条件的装置中进行微生物培养，所以又称人工瘤胃法(Johnson，1963)。 体外法与体内法和半体内法相比，具有操作简便，成本低，环境条件易控制，重 复性好等特点，是一种极有潜力的研究瘤胃发酵的方法。

鉴于瘤胃是一个非常复杂的动态系统，很难在活体动物身上进行研究。即使 使用瘤胃瘘管，也难以真正搞清楚饲料营养物质在瘤胃内发酵、流通、微生物摄 取和吸收等动态变化规律，使得研究具有一定的局限性，因此体外人工瘤胃技术 应运而生。人工瘤胃是模拟瘤胃生理功能的体外模拟系统，是反刍动物体外营养 模拟技术现代化发展的标志。