[发明专利]一种连续性体外模拟人体肠道菌群发酵的设备及方法

说明书

本发明公开了一种连续性体外模拟人体肠道菌群发酵的设备及方法，包括系统控制器、速率控制系统、搅拌系统、气路系统、温度调节系统、pH调节系统和取样系统。该设备和方法包括控制系统参数设置、模拟发酵、取样等步骤。本发明模拟了离体条件下的人体肠道菌群发酵，模拟真实，重现性好，系统采用智能控制，适用于营养学、食品学、生理学及微生物学等领域的研究。本发明可以体外条件下，真实地模拟人体肠道不同部位微生态对摄入营养素的代谢和发酵，提供了一种较为便捷的实验方法。

技术领域

本发明涉及人体肠道菌群培养技术领域，尤其涉及一种连续性体外模拟人体肠道菌群发酵的设备及方法。

背景技术

肠道微生态是目前微生物学、营养学和免疫学的研究热点。由于哺乳动物肠道菌群与人体肠道菌群差异较大，动物模型并不能很好地模拟人体情况，因而体外模拟人体肠道菌群发酵装置被不断推广，为食品学、营养学和微生物学的研究提供了巨大的方便，逐渐被学术界接受，某些模拟装置甚至可以作为生产设备，生产需要肠道环境或肠菌激活的某些活性物质。如SHIME系统采用5个反应罐，以A-B-C-D-E串联形式连接。余应新等人设计的系统在SHIME系统的基础上加入一个新的，模拟口腔的环节，同样是串联连接(F-A-B-C-D-E)。但是现有设备较为复杂，占地面积较大，成本高昂，不适用于小型实验室。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足，提供一种连续性体外模拟人体肠道菌群发酵的设备及方法，为在体外条件下，真实地模拟人体肠道不同部位微生态对摄入营养素的代谢和发酵，提供了一种较为便捷的实验方法。

为实现本发明目的而提供的一种连续性体外模拟人体肠道菌群发酵的设备及方法，包括有营养素加料系统、肠道菌群发酵系统、气路系统、恒温培养箱、pH仪、磁力搅拌器和系统控制器，其中营养素加料系统包括加料罐、加料罐罐盖、磁力搅拌器和蠕动泵，所述加料罐罐盖设置有气体进出口以及营养素出口，营养素经由加料罐通过蠕动泵泵入到第一层的发酵罐；肠道菌群发酵系统包括三层自上向下排列的发酵罐、发酵罐罐盖和磁力搅拌器，三层发酵罐自上而下排列，以分别模拟升结肠、横结肠和降结肠，所述发酵罐罐盖装有pH仪、气体进口、气体出口、酸液进口、碱液进口、取样口以及营养素进液口，所述pH仪通过数据线与系统控制器连接；所述气体进口通过铜管连接有气体存储罐；酸液进口连接蠕动泵，并通过硅胶管与盐酸试剂瓶连接；碱液进口连接蠕动泵，并通过硅胶管与碳酸氢钠试剂瓶连接；所述取样口通过硅胶管与注射器连接，气体出口通过硅胶管与注射器连接，用以收集气体样品，上一层的发酵罐底部的排液口通过硅胶管与下一层发酵罐进液口相连，当发酵罐内液体体液达到设定体积时，液体会自动流入下一层发酵罐，最后一层发酵罐的排液口通过硅胶管与废液罐相连；所述发酵罐置于磁力搅拌器上，通过磁力搅拌器内部的转子搅拌发酵罐内的发酵液；所述发酵罐及磁力搅拌器置于恒温培养箱中并且以模拟人体37℃恒温环境培养；所述系统控制器包括人机交换界面和中央处理器，所述中央处理器通过数据线与磁力搅拌器、pH仪和蠕动泵连接。

作为上述方案的进一步改进，包括有以下步骤：

第一步：控制系统参数设置；

第二步：肠道菌群模拟发酵；

第三步：自动取样。

作为上述方案的进一步改进，所述第一步：控制系统参数设置，具体为：