一種模擬大腸酵解的裝置及使用方法
【專利摘要】一種模擬大腸酵解的裝置及使用方法，包括大腸厭氧酵解器、攪拌器、水浴控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)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(cè)物、培養(yǎng)基和人體糞便菌群，攪拌器模擬大腸的蠕動(dòng)；水浴控制系統(tǒng)控制酵解器中的溫度；氮?dú)猓瑲錃夂投趸細(xì)馄枯斔蜌怏w提供厭氧環(huán)境，并通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控酵解器的內(nèi)部溫度、壓力和消化時(shí)間；通過(guò)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(fù)三次，檢測(cè)酵解產(chǎn)物。本發(fā)明首次模擬了大腸具體、詳細(xì)的酵解過(guò)程，可以對(duì)各種活性或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在人體大腸的酵解情況進(jìn)行觀測(cè)，模擬環(huán)境按照人體生理環(huán)境設(shè)計(jì)，與大腸的酵解貼合性強(qiáng)，在控制模擬環(huán)境方面有較強(qiáng)精準(zhǔn)性。
【專利說(shuō)明】一種模擬大腸酵解的裝置及使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種模擬大腸酵解的裝置及使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]世界權(quán)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(jī)制至關(guān)重要，因?yàn)轶w內(nèi)作用機(jī)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(chǔ)，使其在人體內(nèi)最大化地發(fā)揮生理功效，同時(shí)對(duì)避免其產(chǎn)生可能的不良副作用具有指導(dǎo)意義。食物或活性物質(zhì)實(shí)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(duì)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(jī)制研究的技術(shù)關(guān)鍵。通過(guò)控制人體消化酵解過(guò)程的關(guān)鍵點(diǎn)如溫度、壓力等來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬。同時(shí)，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(shí)刻收集各個(gè)部位的消化或酵解產(chǎn)物，當(dāng)實(shí)驗(yàn)涉及到有毒化學(xué)物質(zhì)的情況，不會(huì)受到道德的約束，給活性物質(zhì)作用機(jī)理的研究帶來(lái)便利。因此，體外模擬消化酵解至關(guān)重要。
[0003]大腸是物質(zhì)進(jìn)入人體經(jīng)過(guò)口腔，胃部，小腸消化后的酵解場(chǎng)所。同時(shí)，大腸作為食物在人體消化酵解的最后階段，對(duì)整個(gè)消化酵解過(guò)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(jìn)行酵解，同時(shí)還受到大腸蠕動(dòng)的作用。因此體外模擬大腸的酵解對(duì)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(shí)大腸的模擬酵解應(yīng)以這些作用過(guò)程為主，這樣能更貼切人體的真實(shí)生理環(huán)境。
[0004]不同的食物或活性營(yíng)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?yàn)榇竽c酵解是整個(gè)消化酵解過(guò)程中最后階段(也是重要的階段)，同時(shí)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(gè)消化酵解情況研究提供數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)于認(rèn)識(shí)和探索不同物質(zhì)的消化酵解方式有著重要意義。近年來(lái)涉及大腸消化酵解模擬的相關(guān)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(qǐng)?zhí)?201220211927.6);“單胃動(dòng)物仿生消`化系統(tǒng)及基于該系統(tǒng)模擬單胃動(dòng)物消化的方法”(申請(qǐng)?zhí)?200910078147.1)； “一種消化道系統(tǒng)模擬裝置”(申請(qǐng)?zhí)?200710078118.6)。這些專利報(bào)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(méi)有對(duì)人體糞便的收集進(jìn)行說(shuō)明，對(duì)人體糞便菌群的預(yù)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(méi)有說(shuō)明(有些專利對(duì)菌群的酵解過(guò)程都沒(méi)有進(jìn)行說(shuō)明)。而這些準(zhǔn)備過(guò)程對(duì)于大腸酵解的模擬過(guò)程非常重要。同時(shí)這些專利對(duì)于控制大腸酵解體系中參數(shù)的說(shuō)明也不夠詳細(xì)，其中有些專利有些僅與動(dòng)物相關(guān)參數(shù)為基礎(chǔ)，與人的關(guān)聯(lián)性不大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種模擬大腸酵解的裝置及使用方法。該裝置及使用方法可以對(duì)各種活性或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入人體后在大腸中酵解情況進(jìn)行觀測(cè)，幫助探索各種活性或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入人體后在大腸中的酵解情況。[0006]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0007]本發(fā)明所述的模擬大腸酵解的裝置包括待測(cè)物盛放厭氧皿(I)、待測(cè)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(jì)(7)、溫度計(jì)(8)、壓力閥(9)、氮?dú)猓瑲錃夂投趸細(xì)馄?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(cè)物盛放厭氧皿(I)通過(guò)軟管與待測(cè)物輸送恒流泵(2)連接，待測(cè)物輸送恒流泵(2)的另一端通過(guò)軟管伸入大腸厭氧酵解器(5)的內(nèi)部；氮?dú)猓瑲錃夂投趸細(xì)馄?br> (10)通過(guò)氣管與壓力閥(9)連接并合并成一個(gè)氣管輸出，同時(shí)輸出的氣管連接大腸厭氧酵解器(5)的頂部進(jìn)氣口并旋緊進(jìn)氣口 ；酵解產(chǎn)物收集盛放厭氧皿(12)通過(guò)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(guò)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(jì)(7)和溫度計(jì)(8)，并且壓力計(jì)(7)置于大腸厭氧酵解器(5)內(nèi)部的頂部，溫度計(jì)(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(guò)密封膜密封各個(gè)軟管，壓力計(jì)和溫度計(jì)的電線進(jìn)口 ；水浴控制系統(tǒng)(3)通過(guò)軟管與大腸厭氧酵解器(5)的外層上下2個(gè)水浴出口相連。
[0008]本發(fā)明所述的模擬大腸酵解的裝置使用方法是:將待測(cè)物溶液或分散液加入到待測(cè)物盛放厭氧皿(I)中，通入N2將待測(cè)物盛放厭氧皿(I)中的O2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(yù)培養(yǎng)的人體糞便菌群，將待測(cè)物盛放厭氧皿(I)中的待測(cè)物溶液或分散液通過(guò)待測(cè)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(jìn)行模擬大腸酵解。開(kāi)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(dòng)，通過(guò)水浴控制系統(tǒng)(3)控制反應(yīng)器中的溫度，并通過(guò)溫度及壓力監(jiān)控系統(tǒng)(4 )連接的溫度計(jì)(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(shí)，通過(guò)溫度及壓力監(jiān)控系統(tǒng)(3 )連接的壓力計(jì)(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% CO2,70-80% N2的厭氧條件。大腸酵解的時(shí)間為24 h,通過(guò)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(zhǔn)備)30-40分鐘以去除剩余菌群的活性。模擬酵解過(guò)程重復(fù)三次，并用氣相法檢測(cè)酵解產(chǎn)物。
[0009]該模擬大腸酵解的裝置及使用方法的工藝特色在于該裝置及使用方法首次對(duì)于酵解過(guò)程中壓力及厭氧環(huán)境等如何進(jìn)行嚴(yán)格控制也都進(jìn)行了闡述，同時(shí)大腸的酵解模擬是按人體生理環(huán)境進(jìn)行的，比較貼合真實(shí)的生理環(huán)境。
[0010]該模擬大腸酵解的裝置及使用方法的技術(shù)效果是:該裝置及使用方法可以對(duì)各種活性或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入人體后在大腸中酵解情況進(jìn)行觀測(cè)，幫助探索各種活性或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入人體后在大腸中的酵解情況。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是模擬大腸酵解裝置示意圖。其中，I為待測(cè)物盛放厭氧皿；2為待測(cè)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(jì)；8為溫度計(jì)；9壓力閥；10氮?dú)?，氫氣和二氧化碳?xì)馄浚?1大腸排空恒流泵；12酵解產(chǎn)物收集盛放厭氧皿。
【具體實(shí)施方式】
[0012]本發(fā)明將通過(guò)以下實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0013]按照上述具體操作步驟，在設(shè)定條件下模擬大腸酵解。
[0014]實(shí)施例1。
[0015]植物多糖的大腸模擬酵解。
[0016](I)人體糞便混合物的制備。
[0017]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(méi)有消化疾病，至少3個(gè)月沒(méi)有服用抗生素)，立即通入流速為100 ml/s的CO2，持續(xù)5 min，將其放置到一個(gè)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(dāng)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(jìn)行過(guò)濾，濾液在37°C的水浴中恒溫，并且持續(xù)通入CO2備用。
[0018](2)糞便菌群預(yù)培養(yǎng)。
[0019]取糞便混合物(100 g)在I L預(yù)培養(yǎng)基中厭氧條件下進(jìn)行預(yù)培養(yǎng)(I L預(yù)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(guò)夜培養(yǎng)后，將100mL的預(yù)培養(yǎng)物通過(guò)已滅菌的紗布過(guò)濾除去大顆粒物后轉(zhuǎn)移至一個(gè)厭氧罐中，得已預(yù)培養(yǎng)的糞便菌群。
[0020](3)配制酵解培養(yǎng)基。
[0021]I L 酵解培養(yǎng)基中含:4` g NaCl, 4 g KCl, I g NaHCO3,0.6 g MgSO4.H2O, 0.7 gL-半胱氨酸 HCl.H2O, 0.5 g KH2PO4,0.5 g K2HPO4,0.4 g 膽汁鹽，0.05 g CaCl2,0.005 gFeSO4.7H20,1 mL吐溫80和3 mL樹(shù)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。
[0022](4)模擬大腸酵解。
[0023]首先，將已預(yù)先經(jīng)過(guò)口腔，胃部及小腸模擬消化的植物多糖溶液待測(cè)物盛放厭氧皿I中。
[0024]然后，大腸酵解采用對(duì)照試驗(yàn)方法如下分組。
[0025]實(shí)驗(yàn)組I (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(jìn)行大腸模擬酵解。
[0026]實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)組I中的植物多糖溶液同體積)進(jìn)行大腸模擬酵解，該實(shí)驗(yàn)組是為去除培養(yǎng)基和糞便菌群中本身的物質(zhì)對(duì)于分析植物多糖大腸酵解情況的干擾。
[0027]模擬大腸酵解裝置示意圖如附圖1所示。裝置包括待測(cè)物盛放厭氧皿1、待測(cè)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(jì)7、溫度計(jì)8、壓力閥9、氮?dú)?，氫氣和二氧化碳?xì)馄?0、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(cè)物盛放厭氧皿I通過(guò)軟管與待測(cè)物輸送恒流泵2連接，待測(cè)物輸送恒流泵2的另一端通過(guò)軟管伸入大腸厭氧酵解器5的內(nèi)部；氮?dú)?，氫氣和二氧化碳?xì)馄?0通過(guò)氣管與壓力閥9連接并合并成一個(gè)氣管輸出，同時(shí)輸出的氣管連接大腸厭氧酵解器5的頂部進(jìn)氣口并旋緊進(jìn)氣口 ；酵解產(chǎn)物收集盛放厭氧皿12通過(guò)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(guò)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(jì)7和溫度計(jì)8，并且壓力計(jì)7置于大腸厭氧酵解器5內(nèi)部的頂部，溫度計(jì)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(guò)密封膜密封各個(gè)軟管，壓力計(jì)和溫度計(jì)的電線進(jìn)口 ；水浴控制系統(tǒng)3通過(guò)軟管與大腸厭氧酵解器5的外層上下2個(gè)水浴出口相連。
[0028]使用方法:將植物多糖溶液加入到待測(cè)物盛放厭氧皿I中，通入N2將待測(cè)物盛放厭氧皿I中的O2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(yù)培養(yǎng)的人體糞便菌群，將待測(cè)物盛放厭氧皿I中的植物多糖溶液通過(guò)待測(cè)物輸送恒流泵2以4ml/min流速加入大腸厭氧酵解器5的內(nèi)部進(jìn)行模擬大腸酵解。開(kāi)啟磁力攪拌器6，以100rpm/min的恒定的攪拌速度模擬大腸的蠕動(dòng)，通過(guò)水浴控制系統(tǒng)3控制反應(yīng)器中的溫度，并通過(guò)溫度及壓力監(jiān)控系統(tǒng)4連接的溫度計(jì)8監(jiān)控大腸厭氧酵解器5的內(nèi)部溫度，保持恒定的37V。同時(shí)，通過(guò)溫度及壓力監(jiān)控系統(tǒng)3連接的壓力計(jì)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%OT2,和80% N2的厭氧條件。大腸酵解的時(shí)間為24 h,通過(guò)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(zhǔn)備)30分鐘以去除剩余菌群的活性。
[0029]實(shí)驗(yàn)組I和2分別進(jìn)行模擬酵解過(guò)程重復(fù)三次，并用氣相法檢測(cè)植物多糖酵解體系中的主要短鏈脂肪酸的產(chǎn)量。檢測(cè)結(jié)果如下表所
【權(quán)利要求】
1.一種模擬大腸酵解的裝置，其特征是包括待測(cè)物盛放厭氧皿(I)、待測(cè)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(jì)(7)、溫度計(jì)(8)、壓力閥(9)、氮?dú)?，氫氣和二氧化碳?xì)馄?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(cè)物盛放厭氧皿(I)通過(guò)軟管與待測(cè)物輸送恒流泵(2)連接，待測(cè)物輸送恒流泵(2)的另一端通過(guò)軟管伸入大腸厭氧酵解器(5)的內(nèi)部；氮?dú)?，氫氣和二氧化碳?xì)馄?10)通過(guò)氣管與壓力閥(9)連接并合并成一個(gè)氣管輸出，同時(shí)輸出的氣管連接大腸厭氧酵解器(5)的頂部進(jìn)氣口并旋緊進(jìn)氣口 ；酵解產(chǎn)物收集盛放厭氧皿(12)通過(guò)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(guò)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(jì)(7)和溫度計(jì)(8)，并且壓力計(jì)(7)置于大腸厭氧酵解器(5)內(nèi)部的頂部，溫度計(jì)(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(guò)密封膜密封各個(gè)軟管，壓力計(jì)和溫度計(jì)的電線進(jìn)口 ；水浴控制系統(tǒng)(3 )通過(guò)軟管與大腸厭氧酵解器(5 )的外層上下2個(gè)水浴出口相連。
2.權(quán)利要求1所述的裝置的使用方法，其特征是將待測(cè)物溶液或分散液加入到待測(cè)物盛放厭氧皿(I)中，通入N2將待測(cè)物盛放厭氧皿(I)中的O2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(yù)培養(yǎng)的人體糞便菌群，將待測(cè)物盛放厭氧皿(I)中的待測(cè)物溶液或分散液通過(guò)待測(cè)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(jìn)行模擬大腸酵解；開(kāi)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(dòng)，通過(guò)水浴控制系統(tǒng)(3)控制反應(yīng)器中的溫度，并通過(guò)溫度及壓力監(jiān)控系統(tǒng)(4)連接的溫度計(jì)(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(shí)，通過(guò)溫度及壓力監(jiān)控系統(tǒng)(3 ) 連接的壓力計(jì)(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% CO2，和70-80%N2的厭氧條件；大腸酵解的時(shí)間為24 h，通過(guò)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30-40分鐘以去除剩余菌群的活性；模擬酵解過(guò)程重復(fù)三次，并用氣相法檢測(cè)酵解產(chǎn)物。
【文檔編號(hào)】C12M1/36GK103820314SQ201310645257
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】聶少平, 謝明勇, 胡婕倫 申請(qǐng)人:南昌大學(xué)