一种模拟小肠消化的装置及使用方法
【专利摘要】一种模拟小肠消化的装置及使用方法，包括小肠反应器、搅拌器、水浴控制系统、计算机监控系统、小肠排空泵等。向小肠反应器加入小肠液，将待测物溶液或分散液加入小肠反应器，搅拌器模拟小肠的蠕动，水浴控制系统控制反应器中的温度，并通过计算机监控系统监控小肠反应器内部温度、pH和消化时间，通过小肠排空恒流泵模拟小肠排空，将消化后的产物收集，去除胰酶和胰蛋白酶的活性；模拟消化过程重复三次，检测待测物质的消化情况。本发明首次模拟了小肠具体、详细的消化过程，可以对各种活性或营养物质在人体小肠的消化情况进行观测，模拟环境按照人体的生理环境进行，和小肠的消化贴合性强，在控制模拟环境方面有较强精准性。
【专利说明】一种模拟小肠消化的装置及使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种模拟小肠消化的装置及使用方法。
【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。通过控制人体消化过程的关键点如温度、消化液中的酶等来进行动态模拟。同时，模拟的消化系统与人体的消化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，体外模拟消化至关重要。
[0003]小肠是物质进入人体经过口腔，胃部消化后的主要消化场所。同时，小肠是食物消化的主要部位，小肠内消化是整个消化过程中最重要的阶段。在小肠消化中，食糜受到胰液、胆汁和小肠液的化学性消化以及小肠运动的机械性消化。小肠能分泌小肠液，而小肠液的成分比较复杂，主要含有多种消化酶，这些酶对于将各种营养成分进一步分解为最终可吸收的产物具有重要作用。小肠液中还含有胰腺分泌的胰酶等，能将食物中复杂的有机物分解成简单的营养成分。肝脏分泌的胆汁经导管流入小肠，它们与小肠液共同作用，将食物进一步消化。胆汁不含消化酶，但能将脂肪乳化成脂肪微粒，增加脂肪与消化酶的接触面积，有利于脂肪的消化，是小肠中存在的重要液体。小肠的运动使食糜与消化液充分混合，增加食糜与肠粘膜的接触，有助于消化和吸收。因此体外模拟小肠的消化是有着非常重要的意义，同时小肠的模拟消化应以这些参数及条件为主，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小肠中被消化的情况不尽相同，这使得研究小肠消化十分有意义，这不仅因为小肠消化是整个消化过程中最重要的阶段，同时研究清楚不同物质在小肠中的消化能为该物质进一步在大肠中的发酵研究提供数据，同时对于认识和探索不同物质的消化方式有着重要意义。近年来涉及小肠消化模拟的相关专利有:“智能化生物体胃肠道消化系统模拟控制装置”(申请号:201220211927.6);“动物胃肠道模拟消化器”(申请号:200920105937.X);“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)肉仔鸡体外消化模拟装置(200810100818.5)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小肠消化的装置及使用方法，但到目前为止，这些专利都没有对小肠液的配制进行说明，对胆汁的配制和模拟分泌也没有说明。而肠液和胆汁的存在对于小肠的消化过程非常重要，因此他们的配制和模拟分泌对于模拟小肠的消化也是非常重要的。同时这些专利对于控制小肠模拟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小肠消化的装置及使用方法。该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小肠中消化情况进行观测，帮助探索各种活性或营养物质进入人体后在小肠中消化情况。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的。
[0007]本发明所述的模拟小肠消化的装置包括待测物盛放皿(I)、待测物输送恒流泵(2)、水浴控制系统(3)、温度及pH监控系统(4)、小肠反应器(5)、磁力搅拌器(6)、pH计
[7]、温度计(8)、胆汁输送恒流泵(9)、氢氧化钠(NaOH)输送恒流泵(10)、小肠排空恒流泵
(11)、胆汁盛放皿(12)、氢氧化钠盛放皿(13)、消化产物收集盛放皿(14)。小肠反应器(5)的内部为反应室，外层为水浴层。待测物盛放皿(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小肠反应器(5)的内部；胆汁盛放皿(12)通过软管与胆汁输送恒流泵(9)连接，胆汁输送恒流泵(9)的另一端通过软管伸入小肠反应器(5)的内部；氢氧化钠盛放皿(13)通过软管与氢氧化钠输送恒流泵(10)连接，氢氧化钠输送恒流泵(10)的另一端通过软管伸入小肠反应器(5)的内部；消化产物收集盛放皿
(14)通过软管与小肠排空恒流泵(11)连接，小肠排空恒流泵(11)的另一端通过软管连接到小肠反应器(5)的内部底端出口 ；小肠反应器(5)置于磁力搅拌器(6)上；温度及pH监控系统(4)分别连接pH计(7)和温度计(8)，并且pH计(7)和温度计(8)悬置于小肠反应器
(5)的内部；水浴控制系统(3)通过软管与小肠反应器(5)的外层上下2个水浴出口相连。
[0008]本发明所述的模拟小肠消化的装置的使用方法是:向小肠反应器(5)的内部加入足够量的小肠液，将待测物盛放皿(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流速加入小肠反应器(5)的内部进行模拟小肠消化。开启磁力搅拌器
(6),以200-300rpm/min的恒定的搅拌速度模拟小肠的螺动,通过水浴控制系统(3)控制反应器中的温度，并通过温度及pH监控系统(4 )连接的温度计(8 )监控小肠反应器(5 )的内部温度，保持恒定的37°C。同时，通过温度及pH监控系统(3)连接的pH计(7)监控小肠反应器(5)的内部pH,—旦pH过低，贝U用氢氧化钠输送恒流泵(10)以0.5-0.8 ml/min的恒速加入0.5-1M NaOH进行调控，始终保持pH为7-7.5。同时用胆汁输送横流泵(9)以
0.4-0.6 ml/min的恒速加入2-4%的胆汁。小肠模拟消化的时间为5_6 h,通过小肠排空恒流泵(11)以4-6 ml/min流速模拟小肠的排空，将消化后的产物收集于消化产物收集盛放皿(14)中，得小肠消化产物。之后，将收集到的消化产物在沸水浴中(提前准备)几分钟以去除胰酶(包括胰淀粉酶和胰脂肪酶)和胰蛋白酶的活性。模拟消化过程重复三次，用液相法检测待测物质的消化情况。
[0009]本发明的工艺特色在于该装置及使用方法首次对于模拟小肠具体消化具有详细说明，首次对于模拟小肠消化的规范配有详细说明。采用电脑自动控制小肠模拟反应器的参数，对于消化过程中PH，温度等如何进行严格控制进行了阐述，模拟环境按照人体的生理环境进行，和人的小肠消化贴合性强，现有技术在控制模拟环境方面有较强的精准性。
[0010]该模拟小肠消化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小肠中消化情况进行观测，帮助探索各种活性或营养物质进入人体后在小肠中消化情况。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是模拟小肠消化装置示意图。其中，I为待测物盛放皿；2为待测物输送恒流泵；3为水浴控制系统；4为温度及pH监控系统；5小肠反应器；6为磁力搅拌器；7为pH计；8为温度计；9胆汁输送恒流泵；10为氢氧化钠(NaOH)输送恒流泵；11小肠排空恒流泵；12为胆汁盛放皿；13为氢氧化钠盛放皿；14为消化产物收集盛放皿。
【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，在设定条件下模拟小肠消化。
[0014]实施例1。
[0015]植物多糖的小肠模拟消化。
[0016](I)小肠液的配制。
[0017]小肠液是分别称取100 g肠电解质溶液(肠电解质溶液配制:称取5 g NaCl,0.5g KCl,0.3 g CaCl2，用去离子水定溶于I L的容量瓶，用0.1 M的NaOH将溶液pH调至7)，100 g (7.5%，w/w)胰酶溶液，14 mg的胰蛋白酶，220 g水。用0.2 M的NaOH将混合溶液pH调至7。
[0018](2)胆汁的配制。
[0019]胆汁是猪胆粉溶解于去离子水中配成2%的溶液。
[0020](3)模拟小肠消化。
[0021]首先，将已预先经过口腔及胃部模拟消化的植物多糖溶液(5mg/ml)置于待测物盛放皿I中。
[0022]然后，小肠消化采用对照试验方法如下分组。
[0023]实验组1:向模拟装置中加入小肠液，胆汁和植物多糖溶液进行小肠模拟消化。
[0024]实验组2:向模拟装置中加入小肠液，胆汁和水(与实验组I中的植物多糖溶液同体积)进行小肠模拟消化，该实验组是为去除胆汁和小肠液中本身的物质对于分析植物多糖小肠消化情况的干扰。
[0025]实验组3:向模拟装置中加入植物多糖溶液和水(与实验组I中的胆汁和小肠液同体积)进行小肠模拟消化，该实验组是为去除植物多糖在消化时由于胆汁和小肠液不断加入而被稀释的影响。
[0026]模拟小肠消化装置示意图如附图1所示。装置包括待测物盛放皿1、待测物输送恒流泵2、水浴控制系统3、温度及pH监控系统4、小肠反应器5、磁力搅拌器6、pH计7、温度计8、胆汁输送恒流泵9、氢氧化钠(NaOH)输送恒流泵10、小肠排空恒流泵11、胆汁盛放皿12、氢氧化钠盛放皿13、消化产物收集盛放皿14。小肠反应器5的内部为反应室，外层为水浴层。待测物盛放皿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小肠反应器5的内部；胆汁盛放皿12通过软管与胆汁输送恒流泵9连接，胆汁输送恒流泵9的另一端通过软管伸入小肠反应器5的内部；氢氧化钠盛放皿13通过软管与氢氧化钠输送恒流泵10连接，氢氧化钠输送恒流泵10的另一端通过软管伸入小肠反应器5的内部；消化产物收集盛放皿14通过软管与小肠排空恒流泵11连接，小肠排空恒流泵11的另一端通过软管连接到小肠反应器5的内部底端出口 ；小肠反应器5置于磁力搅拌器6上；温度及pH监控系统4分别连接pH计7和温度计8，并且pH计7和温度计8悬置于小肠反应器5的内部；水浴控制系统3通过软管与小肠反应器5的外层上下2个水浴出口相连。
[0027]使用方法:向小肠反应器5的内部加入足够量的小肠液，将待测物盛放皿I中的植物多糖溶液液通过待测物输送恒流泵2以5 ml/min流速加入小肠反应器5的内部进行模拟小肠消化。开启磁力搅拌器6,以200 rpm/min的恒定的搅拌速度模拟小肠的螺动,通过水浴控制系统3控制反应器中的温度，并通过温度及pH监控系统4连接的温度计8监控小肠反应器5的内部温度，保持恒定的37°C。同时，通过温度及pH监控系统3连接的pH计7监控小肠反应器5的内部pH, —旦pH过低,贝U用氢氧化钠输送恒流泵10以0.5 ml/min的恒速加入IM NaOH进行调控，始终保持pH为7。同时用胆汁输送横流泵9以0.6 ml/min的恒速加入2%的胆汁。小肠模拟消化的时间为5 h，通过小肠排空恒流泵11以4 ml/min流速模拟小肠的排空，将消化后的产物收集于消化产物收集盛放皿14中，得小肠消化产物。之后，将收集到的消化产物在沸水浴中(提前准备)几分钟以去除胰酶(包括胰淀粉酶和胰脂肪酶)和胰蛋白酶的活性。
[0028]实验组1，2，3分别进行模拟消化过程重复三次，用液相法检测植物多糖的消化情况(分子量变化)，并用二硝基水杨酸法检测还原糖量变化。检测结果如下表所示:
【权利要求】
1.一种模拟小肠消化的装置，其特征是包括待测物盛放皿(1)、待测物输送恒流泵(2)、水浴控制系统(3)、温度及pH监控系统(4)、小肠反应器(5)、磁力搅拌器(6)、pH计(7)、温度计(8)、胆汁输送恒流泵(9)、氢氧化钠输送恒流泵(10)、小肠排空恒流泵(11)、胆汁盛放皿(12)、氢氧化钠盛放皿(13)、消化产物收集盛放皿(14);小肠反应器(5)的内部为反应室，外层为水浴层；待测物盛放皿(1)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小肠反应器(5)的内部；胆汁盛放皿(12)通过软管与胆汁输送恒流泵(9 )连接，胆汁输送恒流泵(9 )的另一端通过软管伸入小肠反应器(5 )的内部；氢氧化钠盛放皿(13)通过软管与氢氧化钠输送恒流泵(10)连接，氢氧化钠输送恒流泵(10)的另一端通过软管伸入小肠反应器(5)的内部；消化产物收集盛放皿(14)通过软管与小肠排空恒流泵(11)连接，小肠排空恒流泵(11)的另一端通过软管连接到小肠反应器(5)的内部底端出口 ；小肠反应器(5)置于磁力搅拌器(6)上；温度及pH监控系统(4)分别连接PH计(7)和温度计(8)，并且pH计(7)和温度计(8)悬置于小肠反应器(5)的内部；水浴控制系统(3)通过软管与小肠反应器(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，其特征是是向小肠反应器(5)的内部加入足够量的小肠液，将待测物盛放皿(1)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流速加入小肠反应器(5)的内部进行模拟小肠消化；开启磁力搅拌器(6)，以200-300 rpm/min的恒定的搅拌速度模拟小肠的螺动,通过水浴控制系统(3)控制反应器中的温度，并通过温度及PH监控系统(4 )连接的温度计(8 )监控小肠反应器(5 )的内部温度，保持恒定的37°C ;同时，通过温度及pH监控系统(3)连接的pH计(7)监控小肠反应器(5)的内部pH, —旦pH过低,贝U用氢氧化钠输送恒流泵(10)以0.5-0.8 ml/min的恒速加入.0.5-1M氢氧化钠进行调控，始终保持pH为7-7.5 ;同时用胆汁输送横流泵(9)以0.4-0.6ml/min的恒速加入2_4%的胆汁；小肠模拟消化的时间为5_6 h，通过小肠排空恒流泵(11)以4-6 ml/min流速模拟小肠的排空，将消化后的产物收集于消化产物收集盛放皿(14)中，得小肠消化产物；之后，将收集到的消化产物在沸水浴中去除胰淀粉酶、胰脂肪酶和胰蛋白酶的活性；模拟消化过程重复三次，用液相法检测待测物质的消化情况。
【文档编号】G01N33/02GK103837655SQ201310645466
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2013年12月5日
【发明者】谢明勇, 聂少平, 胡婕伦 申请人:南昌大学