一种模拟大肠酵解的装置及使用方法
【专利摘要】一种模拟大肠酵解的装置及使用方法，包括大肠厌氧酵解器、搅拌器、水浴控制系统、计算机监控系统、大肠肠排空泵等；向大肠厌氧酵解器加入待测物、培养基和人体粪便菌群，搅拌器模拟大肠的蠕动；水浴控制系统控制酵解器中的温度；氮气，氢气和二氧化碳气瓶输送气体提供厌氧环境，并通过计算机监控系统监控酵解器的内部温度、压力和消化时间；通过大肠排空恒流泵模拟大肠的排空，将酵解产物收集，去除剩余菌群活性；重复三次，检测酵解产物。本发明首次模拟了大肠具体、详细的酵解过程，可以对各种活性或营养物质在人体大肠的酵解情况进行观测，模拟环境按照人体生理环境设计，与大肠的酵解贴合性强，在控制模拟环境方面有较强精准性。
【专利说明】一种模拟大肠酵解的装置及使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种模拟大肠酵解的装置及使用方法。
【背景技术】
[0002]世界权威期刊表示，研究食物或活性物质在人体体内的作用及其作用机制至关重要，因为体内作用机制的阐明可以为最大化地利用食物或活性物质提供研究基础，使其在人体内最大化地发挥生理功效，同时对避免其产生可能的不良副作用具有指导意义。食物或活性物质实际发挥的生理功效很大程度上取决于其经人体消化酵解后的产物是什么。出于对于人体体内研究的道德伦理的考虑，体外模拟人体消化酵解就成为了食物或活性物质体内作用机制研究的技术关键。通过控制人体消化酵解过程的关键点如温度、压力等来进行动态模拟。同时，模拟的消化酵解系统与人体的消化酵解系统相比具有较好的精确度，重现性好，容易控制，可以在任何时刻收集各个部位的消化或酵解产物，当实验涉及到有毒化学物质的情况，不会受到道德的约束，给活性物质作用机理的研究带来便利。因此，体外模拟消化酵解至关重要。
[0003]大肠是物质进入人体经过口腔，胃部，小肠消化后的酵解场所。同时，大肠作为食物在人体消化酵解的最后阶段，对整个消化酵解过程十分重要。在大肠中，食糜受到肠道菌群的发酵分解作用进行酵解，同时还受到大肠蠕动的作用。因此体外模拟大肠的酵解对于食物在人体中的消化酵解方式是有着非常重要的意义，同时大肠的模拟酵解应以这些作用过程为主，这样能更贴切人体的真实生理环境。
[0004]不同的食物或活性营养物质在大肠中被酵解的情况不尽相同，这使得研究大肠酵解十分有意义，这不仅因为大肠酵解是整个消化酵解过程中最后阶段(也是重要的阶段)，同时研究清楚不同物质在大肠中的酵解能为该物质的整个消化酵解情况研究提供数据，同时对于认识和探索不同物质的消化酵解方式有着重要意义。近年来涉及大肠消化酵解模拟的相关专利有:“智能化生物体胃肠道消化系统模拟控制装置”(申请号:201220211927.6);“单胃动物仿生消`化系统及基于该系统模拟单胃动物消化的方法”(申请号:200910078147.1)； “一种消化道系统模拟装置”(申请号:200710078118.6)。这些专利报道极大地丰富了适用于大肠消化酵解的装置及使用方法，但到目前为止，这些专利都没有对人体粪便的收集进行说明，对人体粪便菌群的预培养基和酵解培养基的配制及菌群的培养控制也没有说明(有些专利对菌群的酵解过程都没有进行说明)。而这些准备过程对于大肠酵解的模拟过程非常重要。同时这些专利对于控制大肠酵解体系中参数的说明也不够详细，其中有些专利有些仅与动物相关参数为基础，与人的关联性不大。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种模拟大肠酵解的装置及使用方法。该装置及使用方法可以对各种活性或营养物质进入人体后在大肠中酵解情况进行观测，帮助探索各种活性或营养物质进入人体后在大肠中的酵解情况。[0006]本发明是通过以下技术方案实现的。
[0007]本发明所述的模拟大肠酵解的装置包括待测物盛放厌氧皿(I)、待测物输送恒流泵(2)、水浴控制系统(3)、温度及压力监控系统(4)、大肠厌氧酵解器(5)、磁力搅拌器
(6)、压力计(7)、温度计(8)、压力阀(9)、氮气，氢气和二氧化碳气瓶(10)、大肠排空恒流泵
(11)、酵解产物收集盛放厌氧皿(12)。大肠厌氧酵解器(5)的内部为密封的厌氧酵解室，外层为水浴层。待测物盛放厌氧皿(I)通过软管与待测物输送恒流泵(2)连接，待测物输送恒流泵(2)的另一端通过软管伸入大肠厌氧酵解器(5)的内部；氮气，氢气和二氧化碳气瓶
(10)通过气管与压力阀(9)连接并合并成一个气管输出，同时输出的气管连接大肠厌氧酵解器(5)的顶部进气口并旋紧进气口 ；酵解产物收集盛放厌氧皿(12)通过软管与大肠排空恒流泵(11)连接，大肠排空恒流泵(11)的另一端通过软管连接到大肠厌氧酵解器(5 )的内部底端出口 ；大肠厌氧酵解器(5)置于磁力搅拌器(6)上；温度及压力监控系统(4)分别连接压力计(7)和温度计(8)，并且压力计(7)置于大肠厌氧酵解器(5)内部的顶部，温度计(8 )悬置于大肠厌氧酵解器(5 )的内部；大肠厌氧酵解器(5 )的顶部通过密封膜密封各个软管，压力计和温度计的电线进口 ；水浴控制系统(3)通过软管与大肠厌氧酵解器(5)的外层上下2个水浴出口相连。
[0008]本发明所述的模拟大肠酵解的装置使用方法是:将待测物溶液或分散液加入到待测物盛放厌氧皿(I)中，通入N2将待测物盛放厌氧皿(I)中的O2排尽。大肠厌氧酵解器
(5)的内部加入足够量的培养基和已预培养的人体粪便菌群，将待测物盛放厌氧皿(I)中的待测物溶液或分散液通过待测物输送恒流泵(2)以4-6 ml/min流速加入大肠厌氧酵解器
(5)的内部进行模拟大肠酵解。开启磁力搅拌器(6),以100-200 rpm/min的恒定的搅拌速度模拟大肠的蠕动，通过水浴控制系统(3)控制反应器中的温度，并通过温度及压力监控系统(4 )连接的温度计(8 )监控大肠厌氧酵解器(5 )的内部温度，保持恒定的37 °C。同时，通过温度及压力监控系统(3 )连接的压力计(7 )监控大肠厌氧酵解器(5 )的内部压力，并控制压力阀(9)调节气体输出情况，始终大肠厌氧酵解器(5)中保持10-15% H2,10-15% CO2,70-80% N2的厌氧条件。大肠酵解的时间为24 h,通过大肠排空恒流泵(11)以4-6 ml/min流速模拟大肠的排空，将酵解后的产物收集于酵解产物收集盛放厌氧皿(12)中，得大肠酵解产物。之后，将收集到的酵解产物在沸水浴中(提前准备)30-40分钟以去除剩余菌群的活性。模拟酵解过程重复三次，并用气相法检测酵解产物。
[0009]该模拟大肠酵解的装置及使用方法的工艺特色在于该装置及使用方法首次对于酵解过程中压力及厌氧环境等如何进行严格控制也都进行了阐述，同时大肠的酵解模拟是按人体生理环境进行的，比较贴合真实的生理环境。
[0010]该模拟大肠酵解的装置及使用方法的技术效果是:该装置及使用方法可以对各种活性或营养物质进入人体后在大肠中酵解情况进行观测，帮助探索各种活性或营养物质进入人体后在大肠中的酵解情况。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是模拟大肠酵解装置示意图。其中，I为待测物盛放厌氧皿；2为待测物输送恒流泵；3为水浴控制系统；4为温度及压力监控系统；5大肠厌氧酵解器；6为磁力搅拌器；7为压力计；8为温度计；9压力阀；10氮气，氢气和二氧化碳气瓶；11大肠排空恒流泵；12酵解产物收集盛放厌氧皿。
【具体实施方式】
[0012]本发明将通过以下实施例作进一步说明。
[0013]按照上述具体操作步骤，在设定条件下模拟大肠酵解。
[0014]实施例1。
[0015]植物多糖的大肠模拟酵解。
[0016](I)人体粪便混合物的制备。
[0017]将收集到新鲜的粪便(提供粪便的志愿者通常情况下摄入正常的饮食，没有消化疾病，至少3个月没有服用抗生素)，立即通入流速为100 ml/s的CO2，持续5 min，将其放置到一个封闭的瓶子中在大约37°C下保温5 min，然后称量粪便重量。将生理盐水(0.9%NaCl，37°C)加入到装有粪便的密封瓶子当中[其中缓冲溶液:粪便(V/W) = 4:1]，用磁力搅拌器搅拌粪便混合物4 min后用已灭菌的纱布进行过滤，滤液在37°C的水浴中恒温，并且持续通入CO2备用。
[0018](2)粪便菌群预培养。
[0019]取粪便混合物(100 g)在I L预培养基中厌氧条件下进行预培养(I L预培养基中含8 g胰蛋白胨,5 g酵母,9 g NaCl, 5 g葡萄糖和5 g麦芽糖)。过夜培养后，将100mL的预培养物通过已灭菌的纱布过滤除去大颗粒物后转移至一个厌氧罐中，得已预培养的粪便菌群。
[0020](3)配制酵解培养基。
[0021]I L 酵解培养基中含: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 胆汁盐，0.05 g CaCl2,0.005 gFeSO4.7H20,1 mL吐温80和3 mL树脂天青溶液(0.025%, w/v，厌氧指示剂)。培养基在121°C下灭菌15 min后待用。
[0022](4)模拟大肠酵解。
[0023]首先，将已预先经过口腔，胃部及小肠模拟消化的植物多糖溶液待测物盛放厌氧皿I中。
[0024]然后，大肠酵解采用对照试验方法如下分组。
[0025]实验组I (植物多糖组):向模拟装置中加入培养基，粪便菌群和植物多糖溶液进行大肠模拟酵解。
[0026]实验组2 (空白组):向模拟装置中加入培养基，粪便菌群和水(与实验组I中的植物多糖溶液同体积)进行大肠模拟酵解，该实验组是为去除培养基和粪便菌群中本身的物质对于分析植物多糖大肠酵解情况的干扰。
[0027]模拟大肠酵解装置示意图如附图1所示。装置包括待测物盛放厌氧皿1、待测物输送恒流泵2、水浴控制系统3、温度及压力监控系统4、大肠厌氧酵解器5、磁力搅拌器6、压力计7、温度计8、压力阀9、氮气，氢气和二氧化碳气瓶10、大肠排空恒流泵11、酵解产物收集盛放厌氧皿12。大肠厌氧酵解器5的内部为密封的厌氧酵解室，外层为水浴层。待测物盛放厌氧皿I通过软管与待测物输送恒流泵2连接，待测物输送恒流泵2的另一端通过软管伸入大肠厌氧酵解器5的内部；氮气，氢气和二氧化碳气瓶10通过气管与压力阀9连接并合并成一个气管输出，同时输出的气管连接大肠厌氧酵解器5的顶部进气口并旋紧进气口 ；酵解产物收集盛放厌氧皿12通过软管与大肠排空恒流泵11连接，大肠排空恒流泵11的另一端通过软管连接到大肠厌氧酵解器5的内部底端出口 ；大肠厌氧酵解器5置于磁力搅拌器6上；温度及压力监控系统4分别连接压力计7和温度计8，并且压力计7置于大肠厌氧酵解器5内部的顶部，温度计8悬置于大肠厌氧酵解器5的内部；大肠厌氧酵解器5的顶部通过密封膜密封各个软管，压力计和温度计的电线进口 ；水浴控制系统3通过软管与大肠厌氧酵解器5的外层上下2个水浴出口相连。
[0028]使用方法:将植物多糖溶液加入到待测物盛放厌氧皿I中，通入N2将待测物盛放厌氧皿I中的O2排尽。大肠厌氧酵解器5的内部加入足够量的培养基和已预培养的人体粪便菌群，将待测物盛放厌氧皿I中的植物多糖溶液通过待测物输送恒流泵2以4ml/min流速加入大肠厌氧酵解器5的内部进行模拟大肠酵解。开启磁力搅拌器6，以100rpm/min的恒定的搅拌速度模拟大肠的蠕动，通过水浴控制系统3控制反应器中的温度，并通过温度及压力监控系统4连接的温度计8监控大肠厌氧酵解器5的内部温度，保持恒定的37V。同时，通过温度及压力监控系统3连接的压力计7监控大肠厌氧酵解器5的内部压力，并控制压力阀9调节气体输出情况，始终大肠厌氧酵解器5中保持10% H2,10%OT2,和80% N2的厌氧条件。大肠酵解的时间为24 h,通过大肠排空恒流泵11以4 ml/min流速模拟大肠的排空，将酵解后的产物收集于酵解产物收集盛放厌氧皿12中，得大肠酵解产物。之后，将收集到的酵解产物在沸水浴中(提前准备)30分钟以去除剩余菌群的活性。
[0029]实验组I和2分别进行模拟酵解过程重复三次，并用气相法检测植物多糖酵解体系中的主要短链脂肪酸的产量。检测结果如下表所
【权利要求】
1.一种模拟大肠酵解的装置，其特征是包括待测物盛放厌氧皿(I)、待测物输送恒流泵(2)、水浴控制系统(3)、温度及压力监控系统(4)、大肠厌氧酵解器(5)、磁力搅拌器(6)、压力计(7)、温度计(8)、压力阀(9)、氮气，氢气和二氧化碳气瓶(10)、大肠排空恒流泵(11)、酵解产物收集盛放厌氧皿(12);大肠厌氧酵解器(5)的内部为密封的厌氧酵解室，外层为水浴层；待测物盛放厌氧皿(I)通过软管与待测物输送恒流泵(2)连接，待测物输送恒流泵(2)的另一端通过软管伸入大肠厌氧酵解器(5)的内部；氮气，氢气和二氧化碳气瓶(10)通过气管与压力阀(9)连接并合并成一个气管输出，同时输出的气管连接大肠厌氧酵解器(5)的顶部进气口并旋紧进气口 ；酵解产物收集盛放厌氧皿(12)通过软管与大肠排空恒流泵(11)连接，大肠排空恒流泵(11)的另一端通过软管连接到大肠厌氧酵解器(5 )的内部底端出口 ；大肠厌氧酵解器(5)置于磁力搅拌器(6)上；温度及压力监控系统(4)分别连接压力计(7)和温度计(8)，并且压力计(7)置于大肠厌氧酵解器(5)内部的顶部，温度计(8 )悬置于大肠厌氧酵解器(5 )的内部；大肠厌氧酵解器(5 )的顶部通过密封膜密封各个软管，压力计和温度计的电线进口 ；水浴控制系统(3 )通过软管与大肠厌氧酵解器(5 )的外层上下2个水浴出口相连。
2.权利要求1所述的装置的使用方法，其特征是将待测物溶液或分散液加入到待测物盛放厌氧皿(I)中，通入N2将待测物盛放厌氧皿(I)中的O2排尽；大肠厌氧酵解器(5)的内部加入足够量的培养基和已预培养的人体粪便菌群，将待测物盛放厌氧皿(I)中的待测物溶液或分散液通过待测物输送恒流泵(2)以4-6 ml/min流速加入大肠厌氧酵解器(5)的内部进行模拟大肠酵解；开启磁力搅拌器(6),以100-200 rpm/min的恒定的搅拌速度模拟大肠的蠕动，通过水浴控制系统(3)控制反应器中的温度，并通过温度及压力监控系统(4)连接的温度计(8)监控大肠厌氧酵解器(5)的内部温度，保持恒定的37°C ;同时，通过温度及压力监控系统(3 ) 连接的压力计(7 )监控大肠厌氧酵解器(5 )的内部压力，并控制压力阀(9)调节气体输出情况，始终大肠厌氧酵解器(5)中保持10-15% H2,10-15% CO2，和70-80%N2的厌氧条件；大肠酵解的时间为24 h，通过大肠排空恒流泵(11)以4-6 ml/min流速模拟大肠的排空，将酵解后的产物收集于酵解产物收集盛放厌氧皿(12)中，得大肠酵解产物；之后，将收集到的酵解产物在沸水浴中30-40分钟以去除剩余菌群的活性；模拟酵解过程重复三次，并用气相法检测酵解产物。
【文档编号】C12M1/36GK103820314SQ201310645257
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2013年12月5日
【发明者】聂少平, 谢明勇, 胡婕伦 申请人:南昌大学