CN105842407B - 一种立式动物胃肠道仿生消化器 - Google Patents

Abstract

一种立式动物胃肠道仿生消化器，包括电机、连接轴套、调高传动杆、搅拌棒和模拟消化管；所述连接轴套套设在电机输出轴上，与电机做同步转动；所述调高传动杆其顶端通过螺杆套接固定在连接轴套下方的滑槽内，使调高传动杆能在连接轴套内上下移动；所述调高传动杆上设有锁紧螺母，用于调节调高传动杆与搅拌棒之间的锁紧程度；所述模拟消化管为一双层中空的竖直玻璃管；所述搅拌棒安装在模拟消化管的内容腔内，其顶端从模拟消化管顶部的密封塞穿过，并与调高传动杆的底端连接。本发明立式动物胃肠道仿生消化器，结构简单，使用方便，可避免仿生消化反应液泄露，有效解决了仿生消化反应中纤维素酶对现有模拟消化管中透析袋的降解难题，模拟消化的准确性和重复性好，误差小。

Description

一种立式动物胃肠道仿生消化器

技术领域

本发明涉及一种仿生消化实验用设备，尤其是涉及一种立式动物胃肠道仿生消化器。

背景技术

在现代养殖业中，客观精确地评定饲料原料的养分生物学效价是确定动物营养需要量及优化饲料配方的主要决策依据。自20世纪60年代起，人们一直在尝试通过体外条件下模拟饲料在动物胃肠道内的消化来实现对饲料养分生物学效价的快速评定。

现有技术中通常采用三角瓶或试管作为胃肠道仿生消化装置。进行模拟消化实验时，先将一定重量的饲料装入三角瓶或试管中，然后向三角瓶或试管中加入模拟胃液或肠液，再后，将三角瓶或试管放置在恒温水浴摇床上振动消化一段时间，此过程即为模拟动物胃或肠的消化过程，待消化结束后，再离心或过滤分离出己消化物质与未消化物质，当未消化物质的重量相对于饲料样品的重量较高时，表示消化率低。采用三角瓶或试管作为胃肠道仿生消化装置时，由于三角管或试管中的消化产物对消化反应有抑制作用，导致这类模拟消化实验的消化效率通常比动物体内的实测值低，影响对饲料养分生物学效价的准确测评。

与以三角瓶或试管为动物胃肠道模拟消化器相比，20世纪80年代加拿大学者Gauther等、Savoie等建立了以透析管(孔径1000Da~14000Da可选)、流动透析液体系、搅拌器、恒温水浴系统为组成部分的猪小肠模拟消化器。

此外，CN 201344874Y公开了一种动物胃肠道模拟消化器，它包括玻璃管和透析管，该玻璃管为一中空管体，该管体的两端各设有一磨口，该管体的侧面设有输入管和输出管，该透析管放置在该玻璃管内，该透析管的两端分别从该玻璃管的两个磨口处伸出而外翻，外翻露于磨口外侧的透析管端部被橡皮条捆扎固定在磨口上，捆扎透析管端部后的两个磨口分别塞有一橡胶塞和一带有输液管的橡胶塞。

CN 104020264 A公开了一种胃肠道仿生消化装置，包括一个支架、多个模拟消化器、一个多孔位试管夹，所述多个模拟消化器夹持在所述多孔位试管夹上，所述多孔位试管夹固定安装在所述支架上；每个所述模拟消化器上设有缓冲液输入口、缓冲液输出口及消化液输入口；相邻的两个模拟消化器中，靠前的一个模拟消化器的缓冲液输入口与另一个模拟消化器的缓冲液输出口通过输液软管相连，所有的模拟消化器由所述输液软管依次串联。

以上几种采用透析管作为动物胃肠道仿生消化的装置，但该透析管呈卧式安放在空气浴摇床内或水浴摇床内模拟消化过程，容易因透析管内饲料原料在消化过程中产气而导致仿生消化管端部的橡胶塞向外脱落、反应液泄露等问题，其次，在仿生消化过程中，待消化样品容易沾粘在透析袋上而导致透析袋被堵塞，进而影响饲料样品的消化效果；此外，透析袋容易被仿生消化模拟液中的纤维素酶降解，动物肠胃道仿生消化装置不适用于模拟含纤维素酶的仿生消化反应，其使用范围受到限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种结构简单，使用方便，可避免仿生消化反应液泄露的立式动物胃肠道仿生消化器，尤其是用于模拟含纤维素酶的仿生消化反应。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种立式动物胃肠道仿生消化器，包括电机、连接轴套、调高传动杆、搅拌棒和模拟消化管；所述连接轴套套设在电机输出轴上，与电机做同步转动；所述调高传动杆其顶端通过螺杆套接固定在连接轴套下方的滑槽内，使调高传动杆能在连接轴套内上下移动；所述调高传动杆上设有锁紧螺母，用于调节调高传动杆与搅拌棒之间的锁紧程度；所述模拟消化管为一双层中空的竖直玻璃管；所述搅拌棒安装在模拟消化管的内容腔内，其顶端从模拟消化管顶部的密封塞穿过，并与调高传动杆的底端连接。

进一步，所述竖直玻璃管由一中空管体、套设在中空管体内的玻璃内管和加酶管组成，所述中空管体上下端各设有一磨口，磨口内塞有密封塞；中空管体侧壁下端和上端分别设有输入管和输出管；所述加酶管穿过中空管体侧壁并延伸至玻璃内管内，玻璃内管将中空管体内部空间分隔成外容腔和内容腔。

进一步，所述调高传动杆包括杆体和夹爪，所述杆体的一端与夹爪固定连接，靠近夹爪的杆体外壁上设有外螺纹，外螺纹与用于调节夹爪锁紧程度的锁紧螺母的内螺纹相匹配，远离夹爪的一端至少开设有2个用于安装螺杆的固定孔，杆体中部还设有凹槽。

进一步，所述立式动物胃肠道仿生消化器还包括固定支架和竖直玻璃管固定夹，所述固定支架由底板、下架板、背板、侧板和支撑板组成，所述底板与下架板固定连接；所述下架板由一块金属板折弯成型，包括一水平固定板和两块竖立的立板，两立板位于水平固定板下方，并与水平固定板的左右两端一体连接；立板的下端均向上弯折成固定块，固定块上设有定位孔；水平固定板上开设有用于固定竖直玻璃管固定夹的第一通孔，所述背板、侧板固定在下架板的后上方，所述背板和侧板的顶部与支撑板固定连接，所述支撑板上还设有电机固定螺孔和电机轴穿孔。

进一步，所述背板、侧板和支撑板上设有通气孔，所述背板和/或支撑板上还设有管路穿孔。

进一步，所述底板上开设有U型卡槽和安装孔。

进一步，所述竖直玻璃管固定夹由第一夹板、第二夹板和锁扣组成，所述第一夹板和第二夹板设有数个放置竖直玻璃管的夹持凹槽，优选，夹持凹槽的数量为3~10个；所述第一夹板上设有第二通孔，所述第一夹板和第二夹板侧面的中部设有连接固定孔，所述锁扣通过穿过连接固定孔的螺丝固定在第一夹板和第二夹板的侧面，用于卡扣固定第一夹板和第二夹板。

本发明一种立式动物胃肠道仿生消化器的工作原理及使用方法是：将饲料样品装入玻璃内管，胃模拟消化液和胃缓冲液通过加酶管注入玻璃内管中；然后，模拟消化管的输入管、输出管与保温热水循环管连通，热水经由输入管注入竖直玻璃管外容腔中，而后经由输出管流出竖直玻璃管外容腔，就这样确保对玻璃内管内的消化反应在所需温度下进行，与此同时，套设在电机输出轴上的连接轴套与电机做同步转动，连接轴套带动调高传动杆转动，相应地，调高传动杆下端的夹爪带动搅拌棒转动，且调高传动杆在重力作用下，下降至一定高度，使玻璃棒底端与玻璃内管底部之间的间距小于等于0.5cm，进而实现对玻璃内管内的饲料样品与胃模拟消化液的搅拌混合，搅拌棒的转速≥100r/min，确保胃模拟消化液与饲料样品间充分混合，完成胃阶段食糜蠕动的模拟消化过程。在该设定时间中，处于搅拌状态下的胃模拟消化液与饲料样品在玻璃内管内发生消化反应，待消化反应结束后，消化液在泵吸蠕动泵的作用下经下端的加酶管或人工转移到套有透析袋的模拟消化管内过滤，使透析袋内的消化产物与透析袋外的胃缓冲液进行物质交换，消化产物溶入胃缓冲液中而不能回到玻璃内管内(即产生的消化产物被胃缓冲液带走，以使得产生的消化产物不会影响玻璃内管内随后进行的其他反应)，透析袋中只留下了未消化的产物，然后，将套有透析袋的模拟消化管内的溶有消化产物的胃缓冲液全部排出，去离子水通过泵送蠕动泵经由输入管注入竖直玻璃管中，而后经泵吸蠕动泵由输出管流出竖直玻璃管，就这样，一定体积的去离子水循环往复地流入流出竖直玻璃管数次，以将竖直玻璃管内残留的胃缓冲液以及玻璃内管内残留的消化产物清洗干净，从而完成了胃部的模拟消化过程。

当需要进行小肠部位的模拟消化时，将上述的胃模拟消化液更换为小肠模拟消化液，胃缓冲液更换为小肠缓冲液，并根据小肠食糜蠕动的情况，设定小肠模拟消化阶段的搅拌棒的转速，其他操作同胃模拟消化过程，进而完成小肠部位的模拟消化。

当需要连续进行胃和小肠的模拟消化时，在竖直玻璃管完成胃模拟消化过程的操作后，通过添加磷酸缓冲液，使胃阶段消化环境pH转变为小肠消化阶段消化环境pH，并同时调整到小肠消化液的离子浓度，然后通过加酶管将小肠模拟消化液注入玻璃内管中，并根据小肠食糜蠕动的情况，设定小肠模拟消化阶段的搅拌棒的转速，继续进行小肠模拟消化过程操作，待消化完成之后，再转入到带透析袋的模拟消化管内进行透析，模拟营养素的吸收。

本发明一种立式动物胃肠道仿生消化器的有益效果：

1）与现有的胃肠道仿生消化装置相比，采用内套设玻璃内管的竖直玻璃管模拟动物胃肠道消化环境，由于竖直玻璃管使用时竖直摆放，其上端不存在液体，只有模拟消化管内残留以及消化反应产生的气体，竖直玻璃管内气体对密封塞的作用力较弱，且密封塞存在向下作用的重力，故使用过程中，模拟消化产生的气体难以将密封塞从竖直玻璃管端部的磨口内脱落，故能有效避免现有技术中横放的玻璃管在模拟消化过程中因消化反应产气而导致玻璃管两端的橡胶塞脱落、反应液泄露的现象，提高了仿生消化的准确性和稳定性；

2）该胃肠道仿生消化装置通过连接轴套、调高传动杆和搅拌棒结合，实现饲料样品与模拟消化液之间的搅拌混合，达到消化过程中食糜蠕动的模拟，由于调高传动杆的顶端通过螺杆固定在连接轴套的滑槽内，且能在滑槽内上下移动，通过调高传动杆可以快速调节搅拌棒在玻璃内管内的位置，减小搅拌死角，同时通过调节电机转速而改变搅拌棒的搅拌速度，完成不同部位不同阶段的模拟消化过程；

3）采用双层的竖直玻璃管，可以避免模拟消化过程中纤维素酶对现有模拟消化管中透析袋的降解，有效解决了仿生消化反应中纤维素酶对现有模拟消化管中透析袋的降解难题，且有利于全面、完整地模拟动物消化过程；

4）结构简单，使用方便。

附图说明

图1—为本发明一种立式动物胃肠道仿生消化器的主视图；

图2—为图1中A-A截面的剖视图；

图3—为图1中调高传动杆的立体结构示意图；

图4—为实施例2中一种立式动物胃肠道仿生消化器的主视图；

图5—为图4中B-B截面的剖视图；

图6—为图4中竖直玻璃管固定夹的立体结构示意图；

图7—为实施例2中一种立式动物胃肠道仿生消化器的使用示意图；

图8—为实施例3中一种立式动物胃肠道仿生消化器中固定支架的立体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

参照图1~3，本实施例的一种立式动物胃肠道仿生消化器，包括电机9、连接轴套8、调高传动杆5、搅拌棒3和模拟消化管；所述连接轴套8套设在电机9输出轴上，与电机9做同步转动；所述调高传动杆5其顶端通过螺杆6套接固定在连接轴套8下方的滑槽7内，使调高传动杆5能在连接轴套8内上下移动；所述调高传动杆5上设有锁紧螺母4，用于调节调高传动杆5与搅拌棒3之间的锁紧程度；所述模拟消化管为一双层中空的竖直玻璃管；所述搅拌棒3安装在模拟消化管的内容腔内，其顶端从模拟消化管顶部的密封塞11穿过，并与调高传动杆5的底端连接。

密封塞11可以是橡胶塞、硅胶塞或玻璃塞。

参照图2，所述竖直玻璃管由一中空管体1、套设在中空管体1内的玻璃内管13和加酶管12组成，所述中空管体1上下端各设有一磨口，磨口内塞有密封塞11；中空管体1侧壁下端和上端分别设有输入管14和输出管2；所述加酶管12穿过中空管体1侧壁并延伸至玻璃内管13内，玻璃内管13将中空管体1内部空间分隔成外容腔和内容腔。

参照图3，所述调高传动杆5包括杆体和夹爪10，所述杆体的一端与夹爪10固定连接，靠近夹爪10的杆体外壁上设有外螺纹15，外螺纹15与用于调节夹爪10锁紧程度的锁紧螺母4的内螺纹相匹配，远离夹爪10的一端至少开设有2个用于安装螺杆6的固定孔17，杆体中部还设有凹槽16。杆体中部的凹槽16可以在保持调高传动杆的强度的前提下，进一步降低其重量及生产成本。

实施例2

参照图4~7，与实施例1的一种立式动物胃肠道仿生消化器相比，本实施例的一种立式动物胃肠道仿生消化器，存在以下不同：

参照图4，所述立式动物胃肠道仿生消化器还包括固定支架和竖直玻璃管固定夹21，所述固定支架由底板22、下架板23、背板19、侧板20和支撑板18组成，所述底板22与下架板23固定连接；所述下架板23由一块金属板折弯成型，包括一水平固定板和两块竖立的立板，两立板位于水平固定板下方，并与水平固定板的左右两端一体连接；立板的下端均向上弯折成固定块，固定块上设有定位孔25；水平固定板上开设有用于固定竖直玻璃管固定夹21的第一通孔35，所述背板19、侧板20固定在下架板23的后上方，所述背板19和侧板20的顶部与支撑板18固定连接，所述支撑板18上还设有电机固定螺孔34和电机轴穿孔33。

所述背板19、侧板20和支撑板18上设有通气孔24，通气孔24为圆孔；所述背板19和/或支撑板18上还设有管路穿孔26。

所述底板22上开设有U型卡槽37和安装孔36。

参照图6，所述竖直玻璃管固定夹21由第一夹板27、第二夹板30和锁扣31组成，所述第一夹板27和第二夹板30设有5个放置竖直玻璃管的夹持凹槽29，所述第一夹板27上设有第二通孔28，所述第一夹板27和第二夹板30侧面的中部设有连接固定孔32，所述锁扣31通过穿过连接固定孔32的螺丝固定在第一夹板27和第二夹板30的侧面，用于卡扣固定第一夹板27和第二夹板30。

实施例3

参照图8，与实施例2的一种立式动物胃肠道仿生消化器相比，本实施例的一种立式动物胃肠道仿生消化器，存在以下不同：

背板19上的通气孔24为矩形。

下面以模拟动物的胃和小肠的消化为例，进一步说明本发明一种立式动物胃肠道仿生消化器的工作原理及使用方法。

本发明一种立式动物胃肠道仿生消化器的工作原理及使用方法是：将饲料样品装入玻璃内管13，胃模拟消化液和胃缓冲液通过加酶管12注入玻璃内管13中；然后，模拟消化管的输入管14、输出管2与保温热水循环管连通，热水经由输入管14注入竖直玻璃管外容腔中，而后经由输出管2流出竖直玻璃管外容腔，就这样确保对玻璃内管13内的消化反应在所需温度下进行，与此同时，套设在电机9输出轴上的连接轴套8与电机9做同步转动，连接轴套8带动调高传动杆5转动，相应地，调高传动杆5下端的夹爪10带动搅拌棒3转动，且调高传动杆5在重力作用下，下降至一定高度，使玻璃棒底端与玻璃内管13底部之间的间距小于等于0.5cm，进而实现对玻璃内管13内的饲料样品与胃模拟消化液的搅拌混合，搅拌棒3的转速≥100r/min，确保胃模拟消化液与饲料样品间充分混合，完成胃阶段食糜蠕动的模拟消化过程。在该设定时间中，处于搅拌状态下的胃模拟消化液与饲料样品在玻璃内管13内发生消化反应，待消化反应结束后，消化液在泵吸蠕动泵的作用下经下端的加酶管12或人工转移到套有透析袋的模拟消化管内过滤，使透析袋内的消化产物与透析袋外的胃缓冲液进行物质交换，消化产物溶入胃缓冲液中而不能回到玻璃内管13内(即产生的消化产物被胃缓冲液带走，以使得产生的消化产物不会影响玻璃内管13内随后进行的其他反应)，透析袋中只留下了未消化的产物，然后，将套有透析袋的模拟消化管内的溶有消化产物的胃缓冲液全部排出，去离子水通过泵送蠕动泵经由输入管14注入竖直玻璃管中，而后经泵吸蠕动泵由输出管2流出竖直玻璃管，就这样，一定体积的去离子水循环往复地流入流出竖直玻璃管数次，以将竖直玻璃管内残留的胃缓冲液以及玻璃内管13内残留的消化产物清洗干净，从而完成了胃部的模拟消化过程。

当需要进行小肠部位的模拟消化时，将上述的胃模拟消化液更换为小肠模拟消化液，胃缓冲液更换为小肠缓冲液，并根据小肠食糜蠕动的情况，设定小肠模拟消化阶段的搅拌棒3的转速，其他操作同胃模拟消化过程，进而完成小肠部位的模拟消化。

当需要连续进行胃和小肠的模拟消化时，在竖直玻璃管完成胃模拟消化过程的操作后，通过添加磷酸缓冲液，使胃阶段消化环境pH转变为小肠消化阶段消化环境pH，并同时调整到小肠消化液的离子浓度，然后通过加酶管将小肠模拟消化液注入玻璃内管中，并根据小肠食糜蠕动的情况，设定小肠模拟消化阶段的搅拌棒的转速，继续进行小肠模拟消化过程操作，待消化完成之后，再转入到带透析袋的模拟消化管内进行透析，模拟营养素的吸收。

Claims (7)

1.一种立式动物胃肠道仿生消化器，其特征在于，包括电机、连接轴套、调高传动杆、搅拌棒和模拟消化管；所述连接轴套套设在电机输出轴上，与电机做同步转动；所述调高传动杆其顶端通过螺杆套接固定在连接轴套下方的滑槽内，使调高传动杆能在连接轴套内上下移动；所述调高传动杆上设有锁紧螺母，用于调节调高传动杆与搅拌棒之间的锁紧程度；所述模拟消化管为一双层中空的竖直玻璃管；所述搅拌棒安装在模拟消化管的内容腔内，其顶端从模拟消化管顶部的密封塞穿过，并与调高传动杆的底端连接；所述竖直玻璃管由一中空管体、套设在中空管体内的玻璃内管和加酶管组成，所述中空管体上下端各设有一磨口，磨口内塞有密封塞；中空管体侧壁下端和上端分别设有输入管和输出管；所述加酶管穿过中空管体侧壁并延伸至玻璃内管内，玻璃内管将中空管体内部空间分隔成外容腔和内容腔。

2.如权利要求1所述立式动物胃肠道仿生消化器，其特征在于，所述调高传动杆包括杆体和夹爪，所述杆体的一端与夹爪固定连接，靠近夹爪的杆体外壁上设有外螺纹，外螺纹与用于调节夹爪锁紧程度的锁紧螺母的内螺纹相匹配，远离夹爪的一端至少开设有2个用于安装螺杆的固定孔。

3.如权利要求2所述立式动物胃肠道仿生消化器，其特征在于，所述杆体中部还设有凹槽。

4.如权利要求1所述立式动物胃肠道仿生消化器，其特征在于，所述立式动物胃肠道仿生消化器还包括固定支架和竖直玻璃管固定夹，所述固定支架由底板、下架板、背板、侧板和支撑板组成，所述底板与下架板固定连接；所述下架板由一块金属板折弯成型，包括一水平固定板和两块竖立的立板，两立板位于水平固定板下方，并与水平固定板的左右两端一体连接；立板的下端均向上弯折成固定块，固定块上设有定位孔；水平固定板上开设有用于固定竖直玻璃管固定夹的第一通孔，所述背板、侧板固定在下架板的后上方，所述背板和侧板的顶部与支撑板固定连接，所述支撑板上还设有电机固定螺孔和电机轴穿孔。

5.如权利要求4所述立式动物胃肠道仿生消化器，其特征在于，所述背板、侧板和支撑板上设有通气孔，所述背板和/或支撑板上还设有管路穿孔。

6.如权利要求4或5所述立式动物胃肠道仿生消化器，其特征在于，所述底板上开设有U型卡槽和安装孔。

7.如权利要求4或5所述立式动物胃肠道仿生消化器，其特征在于，所述竖直玻璃管固定夹由第一夹板、第二夹板和锁扣组成，所述第一夹板和第二夹板相互接触的端面上设有数个用于放置竖直玻璃管的夹持凹槽，所述第一夹板上设有第二通孔，所述第一夹板和第二夹板侧面的中部设有连接固定孔，所述锁扣通过穿过连接固定孔的螺丝固定在第一夹板和第二夹板的侧面，用于卡扣固定第一夹板和第二夹板。