一种全自动程控型模拟仿生胃肠消化装置的制作方法

本发明属于食品科学实验技术领域，具体地涉及一种全自动程控型模拟仿生胃肠消化装置。

背景技术：

体外消化模型已被广泛应用到医学、营养学、毒理学、生理学等各领域以及食品、保健品药品、等各个行业。用于研究食品/药品等在人体消化过程中的物理、化学及生物学变化。特别是在食品科学领域，体外模拟消化模型可用于研究食品在消化过程中相互作用、食物在消化过程中不同尺度结构变化、营养物质的利用效率、功能成分的释放规律以及碳水化合物升糖指数的评价等。目前，人体体外消化模型已逐渐复杂化，国内外对利用体外消化模型进行相关研究的认可度越来越高，但是相比较于体内条件，现有的胃肠道模型依然相对简单，在反馈机制建立及精确地激素控制等方面上处于空白状态，因此导致大部分实验数据与体内实验的结果相关性较差，其主要原因是在模拟消化过程中，不能精确调控消化过程中的ph、消化酶、温度以及蠕动等。

技术实现要素：

为解决当前胃肠模拟消化设备不能精确调控温度、ph及蠕动等问题，本发明基于现有的人体胃肠模拟消化研究基础，提供了一种全自动程控型模拟仿生胃肠消化装置，从而实现全自动程控型的人体仿生胃肠消化装置。

为了实现上述目的，本发明技术方案如下：一种全自动程控型模拟仿生胃肠消化装置，所述设备包括无级变速电机、传动设备、皮带、软质反应罐、固定装置、蠕动泵、阀门、蠕动滚轮、隔热中空箱、酸碱溶液导管、加热系统、有机玻璃面板、酶溶液导管、封口盖、电脑程控终端、ph/温度探头。所述电脑程控终端和蠕动泵设置于有机玻璃面板左侧上，所述有机玻璃面板位于隔热中空箱的上方，所述无级变速电机设置于隔热中空箱的底部，所述加热系统、传动设备设置于隔热中空箱内，所述传动设备通过皮带与无级变速电机连接；所述有机玻璃面板和隔热中空箱上部设有孔洞，软质反应罐的上端贯穿孔洞，通过固定装置固定，所述封口盖设置于软质反应罐的上端口，所述阀门设置于软质反应罐的底部，所述ph/温度探头镶嵌于软质反应罐的内侧。所述蠕动滚轮嵌于皮带上，分布于软质反应罐的四周，所述蠕动滚轮的底部与隔热中空箱通过螺钉固定。所述酸碱溶液导管出口、酶溶液导管的出口与软质反应罐的上端口连通，所述酶溶液导管、酸碱溶液导管与蠕动泵辊压连接。

所述蠕动泵、无机变速电机、加热系统、ph/温度探头分别与电脑程控终端连接。

进一步地，所述软质反应罐由硅胶材质构成，所述软质反应罐的中间为圆形，两端渐窄，且两端均为开口状。

进一步地，所述加热系统包括加热设备和温度感应探头，所述加热设备通过螺钉固定于隔热中空箱的壁上，所述温度感应探头嵌于隔热中空箱的内壁。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明中采用伸缩性能较好的硅胶材质作为反应器的壁材，并在硅胶内壁上嵌入温度及ph感应器探头，相比于传统磁力搅拌、常规不含探头的硅胶壁材，更能真实的模拟蠕动状态，更能真实的控制的模拟消化过程中的关键参数。相比于传统的胃肠模拟消化设备，该设备通过电脑程控终端可以实现温度、胃肠蠕动速率、ph、酶浓度的精准便捷调控，从而实现对整个模拟消化过程的精准调控。该装置具有可实时监控，操作简便的特点。

附图说明

图1是本发明人体胃肠道体外模拟消化单元机构示意图，(a)为主视图，(b)为后视图，(c)为俯视图，(d)为立体图。

其中：1无级变速电机、2传动设备、3软质反应罐、4固定装置、5蠕动泵、6阀门、7蠕动滚轮、8隔温内壁、9不锈钢外壳、10酸碱溶液导管、11加热设备、12有机玻璃面板、13酶溶液导管、14封口盖、15电脑程控终端。

具体实施方式

如图1所示，为本发明人体胃肠道体外模拟消化单元机构示意图，该设备包括无级变速电机1、传动设备2、皮带、软质反应罐3、固定装置4、蠕动泵5、阀门6、蠕动滚轮7、隔热中空箱、酸碱溶液导管10、加热系统、有机玻璃面板12、酶溶液导管13、封口盖14、电脑程控终端15、ph/温度探头。所述电脑程控终端15和蠕动泵5设置于有机玻璃面板12上；所述有机玻璃面板12位于隔热中空箱的上方，所述无级变速电机1设置于隔热中空箱的底部，所述加热系统、传动设备2设置于隔热中空箱内，所述传动设备2通过皮带与无级变速电机1连接；所述隔热中空箱由内外两层构成，包括隔温内壁8和不锈钢外壳9。本领域技术人员仅需在所述有机玻璃面板12和隔热中空箱上部设置孔洞，将软质反应罐3的上端贯穿孔洞，通过固定装置4固定，所述固定装置4为可拆卸式卡扣，可实现对软质反应罐的快速彻底清洗。本领域人员仅需将要进行模拟消化的物料从软质反应罐3的上端口倒入软质反应罐3中即可模拟消化过程，所述封口盖14设置于软质反应罐3的上端口，所述阀门6设置于软质反应罐3的底部，所述阀门6也为可拆卸式卡扣，可实现对软质反应罐3的快速彻底清洗。所述ph/温度探头镶嵌于软质反应罐3的内侧，与电脑程控终端15连接，实现对软质反应罐3内温度/ph的实时监控。所述蠕动滚轮7嵌于皮带上，分布于软质反应罐3的四周，所述蠕动滚轮7的底部与隔热中空箱通过螺钉固定，在无级变速电机1的转动过程中，通过蠕动滚轮7规律性的转动，挤压软质反应罐3，即可模拟胃肠蠕动。本领域技术人员仅需将所述酸碱溶液导管10的出口、酶溶液导管13的出口与软质反应罐3的上端口连通，所述酶溶液导管13、酸碱溶液导管10与蠕动泵5辊压连接，使得酸碱液和酶液泵入中软质反应罐3中。

所述蠕动泵5与电脑程控终端15连接，通过电脑程控终端15的控制指令，将信号反馈到酶溶液导管13、酸碱溶液导管10上，直接实现对酸碱、酶的加入量精确控制。

所述无机变速电机1与电脑程控终端15连接，通过在电脑程控终端15下达指令，调节蠕动滚轮7的转动速率，实现胃、小肠的不同挤压力度模拟。

所述加热系统与电脑程控终端15连接，实现对软质反应罐3内温度/ph的实时监控。

所述软质反应罐3由硅胶材质构成，所述软质反应罐3的中间为圆形，两端渐窄，且两端均为开口状。软质反应罐3内部可容纳流质、半流质及固体消化物。

所述加热系统包括加热设备11和温度感应探头，所述加热设备11通过螺钉固定于隔热中空箱的壁上，所述温度感应探头嵌于隔热中空箱的内壁。通过对隔热中空箱温度的控制，使得软质反应罐3内的温度保持恒定。当温度低于设定温度时，加热系统自动启动，当温度高于设定温度时，热风加热系统停止工作。

本发明模拟人体的胃肠消化的工作过程如下：先将隔热中空箱预热至设定温度，然后打开软质反应罐3上端的封口盖14，将样品装入软质反应罐3中，开启蠕动泵5，将酸液及胃消化酶液泵入软质反应罐3中，再启动无机变速电机1，模拟胃蠕动。在该操作过程中，软质反应罐3内壁上嵌入的多个ph/温度感应器，对消化液环境进行实时监控。若消化液ph低于最小值或最大值，则启动酸碱液蠕动泵，朝软质反应罐3内注入稀释的碱液或者酸液，达到目标值后，停止酸碱液蠕动泵。该过程还通过中空隔热箱及加热系统控制软质反应罐3内的温度，以最大限度模拟人体胃肠道温度。待样品在软质反应罐3内与胃反应液充分反应后，通过蠕动泵5，调节溶液ph至小肠消化环境，然后再通过蠕动泵5泵入定量的胰酶等小肠消化酶，调节滚轮转速，模拟小肠消化阶段。在整个模拟反应过程中，可在任一时间点，通过打开软质反应罐上端的密封盖进行取样分析，从而完成模拟消化过程中食物的理化及生物学特性分析。