一种用于模拟动物瘤胃发酵的反应装置的制作方法

本发明属于动物营养学技术领域，具体涉及一种用于模拟动物瘤胃发酵的反应装置，可用来评价瘤胃发酵的效果。

背景技术：

反刍，是指在进食一段时间后将胃中半消化的食物再次返回嘴中咀嚼并返回胃中的现象，反刍对于一些食草动物具有重要的意义。瘤胃，是反刍动物的第一胃，是一个天然的降解纤维物质的发酵罐，对反刍现象的研究有利于深刻了解反刍动物的营养学特性。

目前，一般有三种方法研究瘤胃发酵，第一种是活体研究，即在选定的动物胃部手术钻孔，将饲料放入其中，定期取样分析；第二种是将新鲜瘤胃取出并放入一个容器内，往瘤胃内放入饲料，研究饲料的消化特性；第三种是模拟实验，将人工唾液、各类微生物等和饲料混合，在一个发酵罐内模拟实验。其中，第一种方法最具真实性，研究数据也可靠，但是成本最高，且操作难度较大；第二种方法比较可靠，但是新鲜瘤胃的使用周期较短，对平行样要求比较多；第三种方法操作相对简便，适用于大批量模拟研究。但是，目前用于模拟动物瘤胃发酵的反应装置很少见，个别已有的装置存在搅拌不能真实模拟瘤胃蠕动情况、不能同时做到气密性好等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有瘤胃发酵的搅拌不能真实模拟瘤胃蠕动情况、不能同时做到气密性好的问题。

为此，本发明提供了一种用于模拟动物瘤胃发酵的反应装置，包括发酵罐体，所述发酵罐体的顶部设有瓶塞，所述瓶塞上穿过瓶塞设置有固体进料管、液体进料管、旋转轴和出气管，所述旋转轴一端连接电机，另一端伸入发酵罐体内部且其端部连接下部桨叶，伸入发酵罐体内部的所述旋转轴的上部连接有上部桨叶，所述发酵罐体的底部设有进气管，所述发酵罐体的上部设有出液管。

进一步的，所述旋转轴与瓶塞之间设置有密封件。

进一步的，所述密封件包括外环和内环，所述内环内侧壁沿周向设有密封凹槽，所述密封凹槽内盛有密封油脂。

进一步的，所述固体进料管、液体进料管、出气管、进气管与瓶塞之间均通过密封胶密封。

进一步的，所述发酵罐体内部设置有网兜。

进一步的，所述出液管上设置有网筛。

进一步的，所述上部桨叶与发酵罐体底部平行设置，下部桨叶与发酵罐体底部呈45°角设置，且下部桨叶与发酵罐体底部接近。

进一步的，该用于模拟动物瘤胃发酵的反应装置还包括恒温水槽，所述发酵罐体置于所述恒温水槽内。

进一步的，该用于模拟动物瘤胃发酵的反应装置还包括气体流量计和气体分析仪，所述出气管依次连接气体流量计和气体分析仪。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)本发明提供的这种用于模拟动物瘤胃发酵的反应装置采用机械搅拌方式，真实模拟了瘤胃蠕动情况，同时可以自动补料和出料，便于分析固体样和液体样。

(2)本发明提供的这种用于模拟动物瘤胃发酵的反应装置的气密性良好，可以有效分析发酵过程中产生的气体。

(3)本发明提供的这种用于模拟动物瘤胃发酵的反应装置操作简单，使用方便，反应装置模块化设计，易于更换部件。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明用于模拟动物瘤胃发酵的反应装置的结构示意图；

图2是本发明中密封件的结构示意图。

附图标记说明：1、发酵罐体；2、网兜；3、出液管；4、网筛；5、瓶塞；6、气体分析仪；7、气体流量计；8、出气管；9、电机；10、旋转轴；11、密封件；12、液体进料管；13、固体进料管；14、进气管；15、上部桨叶；16、下部桨叶；17、恒温水槽；18、外环；19、内环、20、密封凹槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例提供了一种用于模拟动物瘤胃发酵的反应装置，包括发酵罐体1，所述发酵罐体1的顶部设有瓶塞5，所述瓶塞5上穿过瓶塞5设置有固体进料管13、液体进料管12、旋转轴10和出气管8，所述旋转轴10一端连接电机9，另一端伸入发酵罐体1内部且其端部连接下部桨叶16，伸入发酵罐体1内部的所述旋转轴10的上部连接有上部桨叶15，所述发酵罐体1的底部设有进气管14，所述发酵罐体1的上部设有出液管3。其中，瓶塞5由具有弹性的橡胶加工而成，通过自身形变可起到密封作用。

模拟动物瘤胃发酵实验开始前，先将待发酵的固体物料和微生物菌种混合配好放入发酵罐体1内，再将连接电机9的旋转轴10插入到瓶塞5的中心孔中，然后将上部桨片15和下部桨片16依次通过螺丝固定在旋转轴10上，最后将瓶塞5扣入发酵罐体1的瓶口。优选的，在瓶塞5上设有O型圈，在瓶塞5扣入发酵罐体1时O型圈受挤压产生形变从而起到密封作用。

模拟动物瘤胃发酵实验时，往进气管14内通入无氧气体比如氮气或二氧化碳，将发酵罐体1内的氧气从出气管8赶出，然后关闭进气管14和出气管8，构建厌氧发酵环境；开启电机1，设置相应的旋转轴10的转速如1～20rpm，模拟瘤胃蠕动情况，电机1带动旋转轴10转动，旋转轴10再带动上部桨片15和下部桨片16转动，对反应物料起到均匀搅拌的作用。优选的，所述上部桨叶15与发酵罐体1底部平行设置，有利于搅动发酵罐体1的上部空间并对发酵可能产生的泡沫起到剪切消除作用，防止泡沫堵塞出气管8；所述下部桨叶16与发酵罐体1底部呈45°角设置，且下部桨叶16与发酵罐体1底部接近，可以很容易的搅动发酵罐体1底部的反应物料，防止反应物料沉积。

而为了更真实的模拟瘤胃发酵情况，可以将发酵罐体1置于恒温水槽17中，通过恒温水槽17设置瘤胃发酵所需温度如39℃。在实验过程中，可以往固体进料管13加入固体物料，也可从液体进料管12加入液体物料，可以从出液管3取液体样，实现自动补料和出料，便于分析固体样和液体样。

另外，在实验过程中，从出液管3取出的液体样可做进一步分析，将出气管8与气体流量计7和气体分析仪6依次连接，可以测试实验过程产气量及气体组成成分；实验结束后，可以收集发酵罐体1内剩余固体样进行分析。

实验结束后，依次关闭恒温水槽17开关和电机9，拔开瓶塞5，拆开旋转轴10上的上部桨片15和下部桨片16，分别进行清洗，备用。

优选的实施方式，为了进一步提高本发明反应装置的密封性，所述旋转轴10与瓶塞5之间设置有密封件11，该密封件11的结构如图2所示，所述密封件11包括外环18和内环19，所述内环19内侧壁沿周向设有密封凹槽20，所述密封凹槽20内盛有密封油脂。密封件11扣入瓶塞5的中心开孔处，密封件11的外环18与瓶塞5的中心开孔内壁紧密贴合，通过瓶塞5受力产生形变起到密封作用；再将旋转轴10插入密封件11的内环19内，往密封件11的内环19的密封凹槽20内加入密封油脂，填充旋转轴10与密封件11的内环19之间的缝隙，当旋转轴10转动时，密封油脂会形成液膜填充在旋转轴10与密封件11的内环19的缝隙之间起到密封作用，同时起到润滑作用。同时，将所述固体进料管13、液体进料管12、出气管8、进气管14与瓶塞5之间均通过密封胶密封。

另外，为了便于反应结束后，可以很容易地取出反应残余的固体物料进行后续的称重分析，所述发酵罐体1内部设置有网兜2，实验开始前，将待发酵的固体物料和微生物菌种放入该网兜2中进行发酵反应，实验结束后直接将网兜2取出收集剩余固体样进行分析。而为了避免发酵罐体1内固体残渣随液体样从出液管3流出，堵塞出液管3或影响液体样分析结果，所述出液管3上设置有网筛4，通过网筛4过滤液体样中固体残渣。

采用本发明的用于模拟动物瘤胃发酵的反应装置与活体瘤胃发酵进行对比，其中，本发明用于模拟动物瘤胃发酵的反应装置中设置反应温度39℃，电机1搅拌速度5 rpm，发酵罐体内厌氧状态良好，气密性很好。结果表明，测得发酵罐体内液体样pH值6.9，氨态氮含量12 （mg/100 mL），细菌数量30*10⁹ 个/mL，原虫数量15*10³个/mL，总挥发性酸90 mmol，乙酸、丙酸、丁酸和戊酸比例分别为63%、20%、8%和2%，有机物质消化率57%。与活体瘤胃发酵实验数据相比，基本符合，证明此装置适用于模拟动物瘤胃发酵反应。

综上所述，本发明提供的这种用于模拟动物瘤胃发酵的反应装置采用机械搅拌方式，真实模拟了瘤胃蠕动情况，可以自动补料和出料，便于分析固体样和液体样，同时气密性良好，可以有效分析发酵过程中产生的气体，结构简单，操作简单，易于维护和更换部件。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。