CN110057964A - 程控猪仿生消化系统及使用该系统快速测定猪饲料消化能值的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种程控猪仿生消化系统及使用该系统进行快速测定猪饲料消化能值的体外模拟消化方法，包括如下步骤：将饲料样品粉碎过标准筛；制备胃缓冲液及肠道缓冲液；制备模拟胃液、模拟小肠液、模拟大肠液；将粉碎好的饲料样品装入程控猪仿生消化系统的模拟消化器中，通过电脑程控按顺序分别加入模拟胃液进行模拟胃消化；加入肠道缓冲液后再加入模拟小肠液进行模拟小肠消化；加入模拟大肠液进行模拟大肠消化；消化结束后进行灭活；然后进行清洗，获得未消化残渣后，测定残渣及饲料样品的总能值，计算饲料消化能值。本发明方法简单、精度高、实施成本低，可在72小时内准确地测定猪饲料的消化能值。
Description
技术领域
本发明属于农业领域，涉及一种猪饲料消化能值的快速测定方法，具体涉及一种快速测定猪饲料消化能值的体外模拟消化方法及系统。
背景技术
消化能是评定猪对饲料能量可利用率的基本参数。在猪日粮的配制中，消化能值是首先需要满足的基本参数。其配给量不仅关系到猪配合饲料的生产成本，也会影响到日粮中其他营养物质的利用。由于饲料成本占生猪总生产成本的70％以上。因此，准确客观地评定饲料的消化能值对提高生猪养殖的利润非常重要。
目前，饲料原料的猪消化能值基本上是通过查询国内外饲料数据库发表的数据作为相应选用原料的消化能值，或根据其化学成分与饲料数据库发表相应原料的化学成分(如淀粉、脂肪、蛋白等)的差异进行经验性粗略矫正后，作为选用原料的消化能计算值。这种手段获取的饲料原料消化能值虽然简单、低成本，但数据的可信度非常低。已无法满足当前的生猪生产技术要求。2010年，我国发布了全收粪法测定猪配合饲料表观消化能技术规程(GB/T 26438-2010)，该方法测定一个日粮的消化能值需要6头生长猪，耗时18天。因此，它是一种耗时、耗力、费资的测试手段，而且18天的测试周期也无法满足饲料生产中，原料周转期为10～15天的基本现状。这一方法只适用于作为科学研究的测试方法，不适合于生产实际中猪饲料消化能值的测定。
为了解决这一制约生产水平提高的基本技术问题，长期以来，美、欧等国的营养学家试图通过模拟饲料在猪体内的消化来建立一种快速定量测定猪饲料消化能值的方法，以实现对饲料消化能值的实时监测。其中丹麦学者Boisen和Fernandez建立的胃蛋白酶——胰液素——碳水化合物酶为体系的猪饲料消化能值快速评定操作技术规程已被法国、丹麦、荷兰等国接受，并成为目前国际上该领域研究中引用最多的方法(见参考文献：Boisen,S.,and J.A.Fernandez.Prediction of the total tract digestibility of energy infeedstuffs and pig diets by in vitro analyses.Anim.Feed Sci.Technol.,1997,68:277-286)。然而，该方法在胃、小肠、大肠模拟消化液的制备上，存在消化酶活性不清楚，模拟消化液的消化能力难以重复。体外模拟消化装置以三角瓶为反应容器，在每一步消化过程中，pH值的调节、消化液的加入、产物的分离等都是通过手工操作实现。因此，该方法在诸多方面难以标准化，从而导致美国、加拿大等国的实验室采用该方法后，获得的测试效果并不理想(见参考文献：Anderson P.V.,B.J.Kerr,T.E.Weber,C.J.Ziemer andG.C.Shurson.Determination and prediction of digestible and metabolizableenergy from chemical analysis of corn coproducts fed to finishingpigs.Journal of Animal Science,2012,90:1242-1254；Wang,L.F.,M.L.Swift,andR.T.Zijlstra.Evaluation of energy digestibility of canola coproducts by invitro analyses and characterization of fat digestion using spectroscopy,Journal of Animal Science,2012,90:251–253)。
近年来，欧美等国为了排除手工操作对体外模拟消化测试结果的干扰，结合现代自动化控制技术，开发了一些全自动或半自动模拟人和动物体内消化的装置。如荷兰TNO食品和营养研究所于1995年研制的模拟人胃-小肠消化的全自动体外消化系统，加拿大食品研究与发展中心于2005年研制的人类上段胃肠仿生消化系统，中国农业科学院北京畜牧兽医研究所于2009年研制的单胃动物仿生消化系统。但是该系统在模拟猪大肠消化阶段时，模拟大肠液的纤维素酶可降解透析袋，而导致其破裂，无法真实地模拟大肠的消化。最近，我们开发了专用于模拟猪胃-小肠-大肠-水解产物清洗的程控仿生消化过程，这为猪体外消化技术的标准化开发及应用于饲料消化能值的估测提供了技术基础。另一方面，随着蛋白质提纯技术的发展，高纯度的试剂级消化酶已可由专业公司生产(如Sigma公司，Amersco公司)，以消化酶活性为参照，通过试剂级消化酶制备模拟消化液，可以实现体外消化中所用消化液消化活力的标准化。因此，结合以上体外模拟消化工具与模拟消化液的规范化，开辟新的方法来快速测定猪饲料的消化能值势在必行。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种程控猪仿生消化系统。
本发明的另一目的在于提供一种快速测定猪饲料消化能值的体外模拟消化方法，该方法通过程控猪仿生消化系统模拟生长猪体内胃-小肠-大肠的消化酶活性、pH值、缓冲液容量、消化时间、食糜粒径，消化过程及消化产物的吸收等实现对猪饲料消化能值的准确估测，解决了传统模拟消化过程中消化酶活性不清楚、消化时间和饲料样品粉碎前处理与体内生理参数不一致、全程手工操作、缺乏全自动测试工具，以及仿生消化测值与猪消化能值的差距在10％以上等缺陷，同时，具有节耗、省资、重复性高、测试速度快的优点。
为了实现上述目的，本发明提供一种程控猪仿生消化系统，由反应单元和清洗单元组成；
其中，该反应单元包括模拟消化器、配套搅拌装置、消化液储存瓶、缓冲液储存瓶、去离子水试剂瓶、废液收集瓶；
该模拟消化器至少为一个，该消化液储存瓶、缓冲液储存瓶的数量与该模拟消化器的数量分别对应；
该模拟消化器由内外两层玻璃管套设计而成，其中，内层玻璃管向上开口，外层玻璃管管口收缩连接于内层玻璃管上部，使得内层玻璃管开口部高于外层玻璃管，并且外层玻璃管与内层玻璃管之间形成一封闭空间；外层玻璃管靠近底部的侧壁设有一去离子水输入管，外层玻璃管的侧壁相对于去离子水输入管的侧面靠近与内层玻璃管相交处设有一去离子水输出管；内层玻璃管上部高于外层玻璃管的位置设有消化液输入端和缓冲液输入端；
该配套搅拌装置由固定架、步进电机、多个皮带轮、皮带及模拟消化器夹具组成；其中，步进电机位于固定架的后部，皮带套装于多个皮带轮、步进电机的旋转轴上，使得步进电机的旋转轴带动皮带轮的转动；每一皮带轮下连接有一搅拌夹具，搅拌夹具下设有一可拆卸的搅拌杆，安装时将搅拌杆下端伸入到模拟消化器底部，上端固定到搅拌夹具的卡槽中；模拟消化器夹具包括固定块和可拆卸块，固定块水平螺固于固定架中部，可拆卸块通过螺丝与固定块连接，可拆卸块与固定块接触位置分别开设有与模拟消化器大小相当的半圆缺口，当可拆卸块与固定块螺固时，二者之间正好可以垂直夹固模拟消化器；固定架两端还设有用于固定于一空气浴摇床的固定螺丝；
一消化液输送塑料管一端插入对应的该模拟消化器的消化液输入端的孔中，并一直伸入到该模拟消化器的内层玻璃管的底部，另一端连接一硅胶泵管，该硅胶泵管经由一消化液输送蠕动泵连接到消化液储存瓶，该消化液储存瓶设置于一空气浴保温室内；
一缓冲液输送塑料管一端插入对应的该模拟消化器的缓冲液输入端的孔中，并一直伸入到该模拟消化器的内层玻璃管的底部，另一端连接硅胶泵管，该硅胶泵管经由一缓冲液输送蠕动泵连接到缓冲液储存瓶；
该模拟消化器的去离子水输出管经由一第一单向阀和一第一电磁阀与放置于超级恒温水浴槽中的去离子水试剂瓶连接；该模拟消化器的去离子水输入管经由一水循环蠕动泵和一第二电磁阀与去离子水试剂瓶连接，使得该模拟消化器与去离子水试剂瓶连接之间形成一个循环回路；在水循环蠕动泵和第二电磁阀之间经由一第三电磁阀连接一废液收集瓶；
该第一电磁阀的控制端、该第二电磁阀的控制端、该第三电磁阀的控制端、该空气浴保温室的控制端、该超级恒温水浴槽的控制端、该消化液输送蠕动泵的控制端、该缓冲液输送蠕动泵的控制端、该水循环蠕动泵的控制端与一第一可编程控制器的控制端连接；该第一空气浴摇床的控制端与一第二可编程控制器的控制端连接；该步进电机的控制端与一第三可编程控制器的控制端连接；该第一可编程控制器的通讯端、该第二可编程控制器的通讯端、该第三可编程控制器的通讯端与PC的通讯端连接；
该清洗单元包含：清洗管、清洗液试剂瓶、清洗液储存瓶和清洗残留液收集瓶；
该清洗管的数量与反应单元中模拟消化器的数量对应；该清洗管水平放置于一第二空气浴摇床中；
该清洗管包括透析管和玻璃管，该玻璃管为一中空管体，该管体的两端各设有一磨口，该管体的侧面靠近两端处分别设有一清洗液输入管和一清洗液输出管，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硅胶塞；
该清洗管的清洗液输出管经由一第二单向阀和一第四电磁阀与清洗液试剂瓶连接，该清洗管的清洗液输入管经由一清洗液循环蠕动泵和一第五电磁阀与清洗液试剂瓶连接，使得该清洗管和该清洗液试剂瓶之间形成一循环回路；在清洗液循环蠕动泵和第五电磁阀之间经由一第六电磁阀连接一第一清洗残留液收集瓶；该清洗液试剂瓶下端放置一第二清洗残留液收集瓶，该第二清洗残留液收集瓶的端口经由一第七电磁阀与该清洗液试剂瓶的开口连接；一清洗液储存瓶经由一清洗液输入蠕动泵与该清洗液试剂瓶连接；
该第四电磁阀的控制端、该第五电磁阀的控制端、该第六电磁阀的控制端、该第七电磁阀的控制端、该清洗液循环蠕动泵的控制端、该清洗液输入蠕动泵的控制端与该第一可编程控制器的控制端连接；该第二空气浴摇床的控制端与该第二可编程控制器的控制端连接；该第一可编程控制器的通讯端、该第二可编程控制器的通讯端与该PC的通讯端连接。
优选地，所述模拟消化器的数量为两个或两个以上，各所述模拟消化器的去离子水输入管、去离子水输出管之间为串联连接；
所述清洗管的数量为两个或两个以上，各所述清洗管的清洗液输入管、清洗液输出管之间为串联连接。
本发明还提供一种快速测定猪饲料消化能值的体外模拟消化方法，该方法包括如下步骤：
1)样品预处理：将猪饲料样品粉碎过0.25mm的标准筛，然后将粉碎后的饲料样品低温储存备用；
2)缓冲液的制备：以稀盐酸、磷酸盐、氯化钠和氯化钾和去离子水制备胃缓冲液，以无水磷酸氢二钠，无水磷酸二氢钠，山梨酸钾，青霉素溶解于去离子水中制备肠道缓冲液；
3)模拟胃液的制备：根据猪体内胃液中胃蛋白酶的活性，将胃蛋白酶粉剂溶于步骤2)所配制的胃缓冲液中以制备模拟胃液；
4)模拟小肠液的制备：根据猪体内空肠液中主要消化酶的活性，以α-淀粉酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶和去离子水制备浓缩模拟小肠液；
5)模拟大肠液的制备：根据猪体内盲肠液中纤维素酶活性，以复合碳水化合物酶溶于去离子水制备模拟大肠液；
6)上样：将饲料样品装入所述程控猪仿生消化系统的反应单元的模拟消化器中；
7)上机：将所述程控猪仿生消化系统的反应单元的配套搅拌装置的搅拌杆伸入步骤6)中装有饲料样品的模拟消化器内，然后将模拟消化器固定在配套搅拌装置的固定架的模拟消化器夹具上，将搅拌杆与搅拌夹具的卡槽固定，最后将固定架放入第一空气浴摇床中螺接固定；
8)胃模拟消化：在消化液储存瓶中加入模拟胃液，开启空气浴保温室、开启超级恒温水浴槽、开启第一空气浴摇床，开启第一电磁阀、开启第二电磁阀，通过消化液输送蠕动泵将一预定量的贮存于消化液储存瓶中的步骤3)制备的模拟胃液泵入模拟消化器，并开启步进电机带动搅拌杆对饲料样品进行搅拌；开启水循环蠕动泵将去离子水试剂瓶中的去离子水从该模拟消化器的去离子水输入管泵入到该模拟消化器内外两层玻璃管之间，再通过该模拟消化器的去离子水输出管回到去离子水试剂瓶中形成水循环，为胃的模拟消化提供适宜的温度环境；通过搅拌杆的搅拌和第一空气浴摇床的回旋震荡提供模拟胃液与饲料样品的混合动力；待一预定量的模拟胃液泵入模拟消化器后，关闭该消化液输送蠕动泵，该饲料样品与该模拟胃液进行消化反应；
9)小肠模拟消化：胃模拟消化结束前，在缓冲液储存瓶中加入步骤2)制备的肠道缓冲液，将消化液储存瓶中的模拟胃液更换为步骤4)制备的模拟小肠液；胃模拟消化结束时，将一预定量的所述肠道缓冲液从缓冲液储存瓶经由缓冲液输送蠕动泵泵入到该模拟消化器中，通过搅拌和回旋震荡提供肠道缓冲液与饲料样品的混合动力，使消化管中反应液的pH值自动变为体内小肠液的pH值，然后关闭缓冲液输送蠕动泵；再将一预定量的模拟小肠液从消化液储存瓶经由消化液输送蠕动泵泵入到该模拟消化器中，关闭消化液输送蠕动泵，开始小肠的模拟消化；
10)大肠模拟消化：小肠模拟消化结束前，将消化液储存瓶中的模拟小肠液更换为步骤5)制备的模拟大肠液；小肠模拟消化结束时，将一预定量的所述模拟大肠液从消化液储存瓶经由消化液输送蠕动泵泵入到该模拟消化器中，然后关闭消化液输送蠕动泵，开始大肠的模拟消化，消化过程中通过搅拌和回旋震荡提供模拟大肠液与饲料样品的混合动力；
11)模拟大肠液消化酶的灭活：在缓冲液储存瓶中加入消化酶灭活液，在大肠模拟消化结束时，从缓冲液储存瓶中经由缓冲液输送蠕动泵向该模拟消化器中泵入一预定量的消化酶灭活液使模拟大肠液中消化酶变性失活；
12)反应单元系统排空：关闭第一电磁阀、第二电磁阀；打开第三电磁阀，调整水循环蠕动泵反向运转而使去离子水流入废液收集瓶；
13)水解产物的清洗：
将模拟消化器的内层玻璃管内的所有物质转移到所述程控猪仿生消化系统的清洗单元的清洗管的透析管中；
i)开启清洗液循环蠕动泵，使清洗液循环蠕动泵正向转动，打开第四电磁阀和第五电磁阀，关闭第七电磁阀，清洗液试剂瓶中的去离子水从该清洗管的清洗液输入管进入到清洗管的透析管与玻璃管之间来清洗整个模拟消化阶段产生的水解产物，再通过该清洗管的清洗液输出管流出，回到清洗液试剂瓶中形成水循环回路；
ii)清洗结束后，关闭第四电磁阀和第五电磁阀，打开第六电磁阀，调整清洗液循环蠕动泵反向转动，使得清洗管中的清洗液反向流动到第一清洗残留液收集瓶，清洗管中清洗液排空；打开第七电磁阀，使得清洗液试剂瓶中残液流入第二清洗残留液收集瓶中，然后打开清洗液输入蠕动泵使得一预定量去离子水从清洗液储存瓶中流入清洗液试剂瓶中；
iii)重复步骤i)至步骤ii)数次；
14)未消化残渣的分析及消化率的计算：将步骤12)清洗后透析管内剩余的残渣转移到培养皿中，在鼓风干燥箱内烘干，无水乙醇脱脂，绝干后测定残渣及饲料样品的总能值，计算饲料消化能值。
其中，在所述步骤1)中，猪饲料为单一饲料原料或配合饲料，如玉米型饲粮、小麦麸型饲粮、玉米-大豆粕型饲粮等。所述粉碎在万能粉碎机中进行。过0.25mm筛孔的标准筛后装于自封袋密封保存于-20～-10℃。
其中，在所述步骤2)中，所述胃缓冲液中盐酸的浓度为5～10mmol/L，NaCl的浓度为88.5mmol/L，KCl的浓度为6.7mmol/L，无水磷酸二氢钠的浓度为100mmol/L；在39℃调节pH至2.0。
其中，在所述步骤2)中，所述肠缓冲液中磷酸氢二钠的浓度为338mmol/L，磷酸二氢钠的浓度为292mmol/L，青霉素的浓度为240万U/L，抗菌剂的浓度为12g/L；在39℃用氢氧化钠调节pH至7.15～7.5；所述抗菌剂为山梨酸钾。
其中，在所述步骤3)中，所述猪模拟胃液中胃蛋白酶的活性为890U/mL。盐酸的浓度为5～10mmol/L，NaCl的浓度为88.5mmol/L，KCl的浓度为6.7mmol/L，无水磷酸二氢钠的浓度为100mmol/L，pH为2.0。
其中，在所述步骤4)中，所述猪浓缩模拟小肠液中α-淀粉酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶的平均活性分别为2436U/mL、760U/mL、95U/mL。
其中，在所述步骤5)中，所述猪模拟大肠液中纤维素酶的活性为1.6U/mL。
其中，所述每一模拟消化器的饲料样品上样量为1～2g，模拟胃液的体积为15mL。
其中，在所述步骤8)中，所述饲料样品与模拟胃液混合后的回旋震荡频率为90～120rpm；搅拌器转速为250rpm；流经模拟消化器的去离子水流速为400～450mL/min。模拟消化的温度为39℃，胃阶段消化时间为3h。
其中，在所述步骤9)中，所述肠道缓冲液注入体积为5mL，浓缩模拟小肠液注入体积为2mL；饲料样品与肠道缓冲液及浓缩模拟小肠液混合后的回旋震荡频率为90～120rpm，搅拌器转速为250rpm，流经模拟消化器的去离子水流速为400～450mL/min。消化温度为39℃，小肠阶段消化时间为5h。
其中，在所述步骤10)中，所述模拟大肠液注入体积为2mL；饲料样品与模拟大肠液混合后的回旋震荡频率为90～120rpm，搅拌器转速为250rpm，流经模拟消化器的去离子水流速为400～450mL/min。消化温度为39℃，大肠阶段消化时间为21h。
其中，在所述步骤11)中，所述的灭活液为0.1mol/L NaOH溶液，灭活时间为30min。
其中，在所述步骤12)中，所述透析管的截留分子量为12000～14400道尔顿(美国Viskase公司生产，型号：MD44-14)，扁平直径44mm；管体张开体积为35～45mL。流经清洗管的去离子水的流速为110～130ml/min；清洗一次消化产物的清洗液量为300ml去离子水/清洗管，每次清洗4h，共计清洗6次。
其中，在所述步骤13)中，所述未消化残渣转入恒重的培养皿中后，在65℃恒温鼓风干燥箱中烘至无水痕，然后在105℃恒温鼓风干燥箱中烘至恒重。在干燥器中冷却后称重，转移至G4玻璃砂芯坩埚中，每次用45mL无水乙醇冲洗未消化残渣，共冲洗4次。
本发明反应单元的胃消化-小肠消化-大肠消化过程中去离子水循环始终进行，直至整个消化反应结束。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、在胃、小肠和大肠的仿生消化过程中，饲料与消化液混合后反应液中胃蛋白酶活性与胃液的胃蛋白酶活性一致，α-淀粉酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶活性与小肠液中相应的消化酶活性一致，纤维素酶的活性与盲肠液纤维素酶的活性一致。反应液中模拟胃缓冲液、肠道缓冲液也与体内胃液、肠液在pH、离子浓度上相等。从而使饲料在体外模拟消化的环境与体内的真实消化情况逼近。
2、使用试剂酶或纯化的消化酶来制备模拟猪胃液、小肠液、大肠液，及使用无机化学试剂制备模拟缓冲液，这样使得制备出的模拟消化液、模拟缓冲液在化学组成上具有高度的重复性，可以形成标准试剂盒产品。
3、在模拟消化器的内层玻璃管上部有消化液输入端和缓冲液输入端的小孔，加消化液或缓冲液的塑料管分别从各小孔伸入内玻璃管的底部，从而避免了泵入模拟消化液时液体沿消化管内壁顺流而引起的残留。
4、在消化过程中，消化管放置在39℃的恒温空气浴摇床中，消化管的内玻璃与外玻璃管间由39℃循环水控制内玻璃管的温度。由于整个消化管所处的环境均为39℃，无温差。因此，消化液的蒸发量几乎为零，同时也排除了因消化管不同位置温度不同而导致的消化液蒸发、冷凝在管壁，而使得消化反应的体积发生变化。
5、在消化过程中，模拟消化器固定在摇床的摇板上，摇床回旋和搅拌杆搅拌消化液使得消化管内液面固定在一个位置，大大减少了饲料残渣贴在消化管内壁上。
6、在消化过程中，由一个步进电机通过皮带带动多个搅拌杆搅拌，保障了各模拟消化器中消化反应时搅拌速度的一致，减少了试验误差。
7、反应在玻璃管内进行，防止在模拟大肠消化反应时，模拟大肠液中纤维素酶降解现有技术中透析管导致透析管破裂而无法完成消化反应；
8、模拟消化结束后，采用NaOH溶液灭活所有的消化酶，防止了在清洗过程中因纤维素酶降解透析管而导致透析管破裂，无法分离消化产物与未消化产物的问题。
9、在胃、小肠和大肠仿生消化中，缓冲液、消化液的泵入以及清洗阶段清洗液的泵入、清洗后废液的排出均由电脑和可编程控制器程控进行，大大减少了传统方法因每个步骤都需人工操作而引入的累积误差，使重复测定的平均变异系数低于1.5％。
10、采用专用的猪仿生消化装置，根据饲料在猪体内消化道各段的消化时间，食糜的粒径以及理化环境，建立了一套体外消化参数，从而使仿生消化测值与体内法测值接近。
本发明的有益效果在于：
本发明提供一种程控猪仿生消化系统以及应用该系统的快速测定猪饲料消化能值的体外模拟消化方法，通过程控猪仿生消化系统模拟生长猪体内胃-小肠-大肠的消化酶活性、pH值、缓冲液容量、消化时间、食糜粒径，消化过程及消化产物的吸收等实现对猪饲料消化能值的准确估测，解决了传统模拟消化过程中消化酶活性不清楚、消化时间和饲料样品粉碎前处理与体内生理参数不一致，以及仿生消化测值与猪消化能值的差距在10％以上等缺陷，同时，具有节耗、省资、重复性高、测试速度快的优点，可进行猪饲料消化能值的大批量测定。
附图说明
图1为本发明一优选实施例的猪仿生消化的反应单元程控流程图。
图2为本发明一优选实施例的模拟消化后消化产物的清洗单元程控流程图。
图3为本发明的猪仿生消化程控反应单元的模拟消化器的剖面示意图。
图4为本发明的猪仿生消化程控反应单元的模拟消化器的立体示意图。
图5为本发明的猪仿生消化程控反应单元的配套搅拌装置的立体示意图。
图6为本发明的猪仿生消化程控清洗单元的模拟消化器的剖面示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但本发明并不局限于此，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
实施例1
如图1-2所示为本发明提供的一种程控猪仿生消化系统，由反应单元和清洗单元组成；
其中，该反应单元包括模拟消化器100、配套搅拌装置700、消化液储存瓶201、缓冲液储存瓶202、去离子水试剂瓶203、废液收集瓶204；
该模拟消化器100至少为一个，该消化液储存瓶201、缓冲液储存瓶202的数量与该模拟消化器100的数量对应；
如图3-4所示，该模拟消化器100由内外两层玻璃管套设而成，其中，内层玻璃管101向上开口，外层玻璃管102管口收缩连接于内层玻璃管101上部，使得内层玻璃管101开口部高于外层玻璃管102，并且外层玻璃管102与内层玻璃管101之间形成一封闭空间；外层玻璃管102靠近底部的侧壁设有一去离子水输入管104，外层玻璃管102的侧壁相对于去离子水输入管104的侧面靠近与内层玻璃管101相交处设有一去离子水输出管103；内层玻璃管101上部高于外层玻璃管102的位置设有消化液输入端105和缓冲液输入端106；
在本实施例中，模拟消化器外层玻璃管直径50mm，内层玻璃管直径30mm，内层玻璃管底部距离外层玻璃管底部20mm；外层玻璃管管口收缩与内层玻璃管相交于180mm处。内层玻璃管延伸超出外层玻璃管50mm。模拟消化器总高度250mm。
在本实施例中，如图1所标示出的反应单元中模拟消化器100的数量为五个，该消化液储存瓶201、缓冲液储存瓶202的数量分别也对应为五个，各所述模拟消化器100的去离子水输入管104、去离子水输出管103之间为串联连接；
如图5所示，该配套搅拌装置由固定架602、步进电机601、多个皮带轮603、皮带604及模拟消化器夹具605组成；其中，步进电机601位于固定架的后部，皮带604套装于多个皮带轮603、步进电机601的旋转轴上，使得步进电机601的旋转轴带动皮带轮603的转动；每一皮带轮603下连接有一搅拌夹具606，搅拌夹具606下设有一可拆卸的搅拌杆607(见图3所示)，安装时将搅拌杆607下端伸入到模拟消化器底部100，上端固定到搅拌夹具606的卡槽中；模拟消化器夹具605包括固定块6051和可拆卸块6052，固定块6051水平螺固于固定架中部，可拆卸块6052通过螺丝与固定块6051连接，可拆卸块6052与固定块6051接触位置分别开设有与模拟消化器大小相当的半圆缺口，当可拆卸块6052与固定块6051螺固时，二者之间正好可以夹固模拟消化器100；固定架两端还设有用于固定于空气浴摇床的固定螺丝608；
一消化液输送塑料管一端插入对应的该模拟消化器100的消化液输入端105的孔中，并一直伸入到该模拟消化器的内层玻璃管101的底部，另一端连接一硅胶泵管，该硅胶泵管经由一消化液输送蠕动泵401连接到对应消化液储存瓶201，该消化液储存瓶201设置于一空气浴保温室302内；
一缓冲液输送塑料管一端插入对应的该模拟消化器的缓冲液输入端106的孔中，并一直伸入到该模拟消化器的内层玻璃管101的底部，另一端连接硅胶泵管，该硅胶泵管经由一缓冲液输送蠕动泵402连接到对应缓冲液储存瓶202；
该模拟消化器100的去离子水输出管103经由一第一单向阀701和一第一电磁阀501与放置于超级恒温水浴槽303中的去离子水试剂瓶203连接；该模拟消化器100的去离子水输入管104经由一水循环蠕动泵403和一第二电磁阀502与去离子水试剂瓶203连接，使得该模拟消化器100与去离子水试剂瓶203之间形成一个循环回路；在水循环蠕动泵403和第二电磁阀502之间经由一第三电磁阀503连接一废液收集瓶204；
该第一电磁阀501的控制端、该第二电磁阀502的控制端、该第三电磁阀503的控制端、该空气浴保温室302的控制端、该超级恒温水浴槽303的控制端、该消化液输送蠕动泵401的控制端、该缓冲液输送蠕动泵402的控制端、该水循环蠕动泵403的控制端与一第一可编程控制器801的控制端连接(虚线表示)；该第一空气浴摇床301的控制端与一第二可编程控制器802的控制端连接；该步进电机601的控制端与一第三可编程控制器803的控制端连接；该第一可编程控制器801的通讯端、该第二可编程控制器802的通讯端、该第三可编程控制器803的通讯端与PC 900的通讯端连接；
该清洗单元包含：清洗管110、清洗液试剂瓶205、清洗液储存瓶206和清洗残留液收集瓶207、208；
该清洗管110的数量与反应单元中模拟消化器100的数量对应；该清洗管110水平放置于一第二空气浴摇床304中；
如图6所示，该清洗管100包括玻璃管111和透析管112，该玻璃管111为一中空管体，该管体的两端各设有一磨口113，该管体的侧面靠近两端处分别设有一清洗液输入管114和一清洗液输出管115，该透析管112放置在该玻璃管111内，该透析管112的两端分别从该玻璃管11的两个磨口113处伸出而外翻，外翻露于磨口113外侧的透析管112端部被橡皮条捆扎固定在磨口113上，捆扎透析管端部后的两个磨口113分别塞有硅胶塞116；
如图2所标示出的清洗单元中清洗管110的数量也为五个，各所述清洗管110的清洗液输入管114、清洗液输出管115之间为串联连接；
该清洗管110的清洗液输出管115经由一第二单向阀702和一第四电磁阀504与清洗液试剂瓶205连接，该清洗管110的清洗液输入管114经由一清洗液循环蠕动泵404和一第五电磁阀505与清洗液试剂瓶205连接，使得该清洗管110和该清洗液试剂瓶205之间形成一循环回路；在清洗液循环蠕动泵404和第五电磁阀505之间经由一第六电磁阀506连接一第一清洗残留液收集瓶208；该清洗液试剂瓶205下端放置一第二清洗残留液收集瓶207，该第二清洗残留液收集瓶207的端口经由一第七电磁阀507与该清洗液试剂瓶205的开口连接；一清洗液储存瓶206经由一清洗液输入蠕动泵405与该清洗液试剂瓶205连接；
该第四电磁阀504的控制端、该第五电磁阀505的控制端、该第六电磁阀506的控制端、该第七电磁阀507的控制端、该清洗液循环蠕动泵404的控制端、该清洗液输入蠕动泵405的控制端与该第一可编程控制器801的控制端连接；该第二空气浴摇床304的控制端与该第二可编程控制器802的控制端连接；该第一可编程控制器801的通讯端、该第二可编程控制器802的通讯端与该PC900的通讯端连接。
其中，第一空气浴摇床301用于对模拟消化器实施保温和震荡功能，以模拟动物消化道内的环境温度和消化道的蠕动过程(食糜混合过程)，第一空气浴摇床301避免了外部环境温度与模拟消化器间发生热量交换，从而保障模拟消化器内具有的消化温度的波动不超过0.4℃。超级恒温水浴槽303用于加热去离子水，使去离子水保持所需的恒温。第一可编程控制器对消化液试剂瓶内的消化液的流量和流速进行控制，以模拟动物体内消化液的分泌和消化过程，第一可编程控制器对缓冲液试剂瓶内的缓冲液的流量、流速和循环流动时间进行控制，以模拟动物消化道的吸收过程，第一可编程控制器对清洗液试剂瓶内的清洗液的流量、流速、循环次数和循环流动时间进行控制，以模拟动物消化道的吸收程度。可编程控制器用于控制第一至第七电磁阀、第一和第二空气浴摇床和超级恒温水浴槽的启停。
材料
1.胃蛋白酶具体可购自Sigma公司，产品目录号为P7000。
2.α-淀粉酶具体可购自美国Sigma公司，产品目录号为A3306。
3.胰蛋白酶具体可购自美国Amersco公司，产品目录号为0785。
4.糜蛋白酶具体可购自美国Amersco公司，产品目录号为0164。
5.纤维素酶可购自Sigma公司，产品目录号为V2010。
6.透析管：美国Viskase公司生产，型号MEMBRA-CEL MD44-14，截留分子量14000道尔顿，扁平直径44mm。
本发明中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
本发明中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例2
通过猪仿生消化方法测定玉米和大麦的消化能值
1.待测饲料原料的预处理
按GB/T 14699.1进行采样，以3个玉米(总能4444～4475kcal/kg DM，粗蛋白质7.69％～7.90％，粗脂肪2.99％～3.52％，粗灰分1.09％～1.17％)、2个大麦(总能4408～4441kcal/kg DM，粗蛋白质8.26％～10.01％，粗脂肪1.74％～1.90％，粗灰分1.47％～1.77％)作为代表性饲料样品。将采集的饲料样品用四分法分至200g左右，分别用万能粉碎机粉碎后过60目标准筛后，密封于样本袋后在-20℃下保存备用。
2.猪的仿生消化过程
2.1缓冲液及模拟消化液的制备：
胃缓冲液(500mL)：称取NaCl 2.59g，KCl 0.25g，无水磷酸二氢钠6g。溶解到450mL去离子水中，39℃下用2mol/L的盐酸将pH矫正至2.0，冷却后定容至500mL。
模拟胃液(200mL)：取胃蛋白酶(Sigma P7000)178.00KU缓慢溶解到200mL胃缓冲液中搅拌直至溶解，模拟胃液在用前现配制。
肠道缓冲液(250mL)：称取无水磷酸氢二钠11.985g，无水磷酸二氢钠8.76g，山梨酸钾3g，青霉素60万U溶解到220mL去离子水中，并用2mol/L的氢氧化钠将pH矫正至7.5，冷却后定容至250mL。
模拟小肠液(22mL)：将α-淀粉酶(Sigma A3306)53.59KU，胰蛋白酶(Amersco0785)16.72KU，糜蛋白酶(Amersco 0164)2.10KU溶解于22mL去离子水中，并缓慢搅拌直至溶解。模拟小肠液在用前现配制。
模拟大肠液(22mL)，将纤维素酶液(Sigma V2010)34.50U溶解于22mL去离子水中，并缓慢搅拌直至溶解，模拟大肠液在用前现配制。
消化酶灭活液(NaOH浓度0.1mol/L)，称取4.24g NaOH溶于100mL去离子水中。
2.2测定步骤：
2.2.1系统安装和准备
将装有1000mL去离子水的试剂瓶放入程控生长猪仿生消化系统相应的位置，并将系统的反应单元和清洗单元管道分别按图1和图2连接好。
在PC中，设置程控生长猪仿生消化系统反应单元的预热时间为40～60min，待所有消化阶段的参数设置完毕后，运行仿生消化过程：
2.2.2上样
在程控生长猪仿生消化系统运行前，完成上样工作：将玻璃模拟消化管清洗干净，烘干至无水痕。称取1.0～2.0g饲料样品(精确到0.0002g)置于模拟消化管中，同步测定饲料样品的干物质含量；
2.2.3上机
将所述程控猪仿生消化系统的反应单元的配套搅拌装置的搅拌杆伸入装有饲料样品的模拟消化器100内，然后将模拟消化器100固定在配套搅拌装置的固定架的模拟消化器夹具上，将搅拌杆与搅拌夹具的卡槽固定，最后将固定架放入第一空气浴摇床301中螺接固定；
2.2.4胃模拟消化：
在每个消化液储存瓶201中加入模拟胃液15mL，开启空气浴保温室302、开启超级恒温水浴槽303、开启第一空气浴摇床301，开启第一电磁阀501、开启第二电磁阀502，开启消化液输送蠕动泵401将一预定量的贮存于消化液储存瓶201中的模拟胃液泵入模拟消化器100，并开启步进电机带动搅拌杆对饲料样品进行搅拌；开启水循环蠕动泵403将去离子水试剂瓶303中的去离子水从该模拟消化器100的去离子水输入管104泵入到该模拟消化器100内外两层玻璃管之间，再通过该模拟消化器100的去离子水输出管103回到去离子水试剂瓶303中形成水循环，为胃的模拟消化提供适宜的温度环境；通过搅拌杆的搅拌和第一空气浴摇床301的回旋震荡提供模拟胃液与饲料样品的混合动力；待一预定量的模拟胃液泵入模拟消化器100后，关闭该消化液输送蠕动泵401，该饲料样品与该模拟胃液进行消化反应；
在仿生消化系统的PC中，胃阶段模拟消化的参数为：第一空气浴摇床和超级恒温水浴槽的温度均为39℃；空气浴保温室的温度为4-9℃；第一空气浴摇床回旋转速120rpm；水循环蠕动泵转速为180rpm，流速430mL/min；搅拌杆转速250rpm；消化液输送蠕动泵转速15rpm，流速1.25mL/min；消化时间3h。
2.2.5小肠模拟消化：
胃模拟消化结束前，在每个缓冲液储存瓶202中加入肠道缓冲液5mL，将消化液储存瓶201中加入模拟小肠液2mL；胃模拟消化结束时，将5mL肠道缓冲液从缓冲液储存瓶202经由缓冲液输送蠕动泵402泵入到该模拟消化器100中，通过搅拌和回旋震荡提供肠道缓冲液与饲料样品的混合动力，使模拟消化器100中反应液的pH值自动变为体内小肠液的pH值，然后关闭缓冲液输送蠕动泵402；再将2mL的模拟小肠液从消化液储存瓶201经由消化液输送蠕动泵401泵入到该模拟消化器100中，关闭消化液输送蠕动泵401，开始小肠的模拟消化；消化过程中通过搅拌和回旋震荡提供模拟小肠液与饲料样品的混合动力。
在仿生消化系统的PC中，小肠阶段模拟消化的参数为：第一空气浴摇床、和超级恒温水浴槽的温度均为39℃；空气浴保温室的温度为4-9℃；第一空气浴摇床回旋转速120rpm；水循环蠕动泵转速为180rpm，流速430mL/min；搅拌杆转速250rpm；消化液输送蠕动泵转速15rpm，流速1.25mL/min；缓冲液输送蠕动泵转速15rpm，流速1.25mL/min；小肠消化时间为5h。
2.2.6大肠模拟消化：
小肠模拟消化结束前，将每个消化液储存瓶201中的模拟小肠液更换为模拟大肠液2mL，然后将模拟大肠液从消化液储存瓶201经由消化液输送蠕动泵401泵入到该模拟消化器100中，然后关闭消化液输送蠕动泵401，开始大肠的模拟消化，消化过程中通过搅拌和回旋震荡提供模拟大肠液与饲料样品的混合动力；
在仿生消化系统的PC中，大肠阶段模拟消化的参数为：第一空气浴摇床、空气浴保温室和超级恒温水浴槽的温度均为39℃；第一空气浴摇床回旋转速120rpm；水循环蠕动泵转速为180rpm，流速430mL/min；搅拌杆转速250rpm；消化液输送蠕动泵转速15rpm，流速1.25mL/min；缓冲液输送蠕动泵转速15rpm，流速1.25mL/min；大肠消化时间为21h。
2.2.7消化酶的灭活：
在缓冲液储存瓶202中加入消化酶灭活液2mL，在大肠模拟消化结束时，从缓冲液储存瓶202中经由缓冲液输送蠕动泵402向该模拟消化器100中泵入2mL消化酶灭活液使模拟大肠液中消化酶变性失活；
在仿生消化系统的PC中，消化酶灭活阶段的参数为：第一空气浴摇床、空气浴保温室和超级恒温水浴槽的温度均为39℃；空气浴摇床回旋转速120rpm；搅拌杆转速250rpm；缓冲液输送蠕动泵转速15rpm，流速1.25mL/min；灭活时间为30min。
2.2.8反应单元系统排空
关闭第一电磁阀501、第二电磁阀502；打开第三电磁阀503，调整水循环蠕动泵403反向运转而使去离子水流入废液收集瓶，将模拟消化器100中的去离子水排空。系统排空时，第一单向阀701上的气阀自动打开，以使空气可进入模拟消化器100，平衡气压。
2.2.9水解产物的清洗前预处理
透析管前处理：将透析管截成25cm左右的小段，放入2L碳酸氢钠浓度为2％(W/V)和乙二胺四乙酸二钠浓度为1mmol/L pH＝8.0的混合溶液中。在电陶炉上加热至沸腾后，保持微沸10分钟。倒掉混合溶液后，用蒸馏水清洗透析管3～5次。再加入2L浓度为1mmol/L pH＝8.0乙二胺四乙酸二钠溶液，在电陶炉上煮沸10分钟。冷却后保存于4℃冰箱中备用。使用前在透析管内装满水，然后排出，彻底清洗透析管。
将处理好的透析管纵向穿过清洗玻璃管，两端外翻并用橡皮筋将透析管扎紧，用翻口硅胶塞将一端塞严。
2.2.10水解产物的清洗
将模拟消化后消化管内的反应液准确无误地转移到对应编号的清洗管内。并用去离子水冲洗转移干净，将清洗管的另一端用翻口硅胶塞塞严，再将每组5根清洗管固定安装在第二空气浴摇床上，清洗管间串联连接，开启第二空气浴摇床。
i)开启清洗液循环蠕动泵404，使清洗液循环蠕动泵404正向转动，打开第四电磁阀504和第五电磁阀505，关闭第七电磁阀507，清洗液试剂瓶205中的去离子水从该清洗管110的清洗液输入管114进入到清洗管110的透析管112与玻璃管111之间来清洗整个模拟消化阶段产生的水解产物，再通过该清洗管110的清洗液输出管115流出，回到清洗液试剂瓶205中形成水循环回路；
ii)清洗结束后，关闭第四电磁阀504和第五电磁阀505，打开第六电磁阀506，调整清洗液循环蠕动泵404反向转动，使得清洗管110中的清洗液反向流动到第一清洗残留液收集瓶208，清洗管110中清洗液排空；打开第七电磁阀507，使得清洗液试剂瓶205中残液流入第二清洗残留液收集瓶207中，然后打开清洗液输入蠕动泵405使得一预定量去离子水从清洗液储存瓶206中流入清洗液试剂瓶205中；
iii)重复步骤i)至步骤ii)数次；
在仿生消化系统的PC中，设置去离子水每次清洗4h，共计清洗6次；每根管清洗用的去离子水用量为300mL；第二空气浴摇床温度设为39℃；第二空气浴摇床回旋转速180rpm；清洗液循环蠕动泵转速设置为59rpm，流速120mL/min；4号蠕动泵转速为180rpm，流速430mL/min。
2.2.11消化残渣的处理：
消化结束后，将透析管内的未消化残渣无损失地转移到已知绝干重量的90mm培养皿中(此过程需要将透析管从清洗管中取出，纵向剪开用去离子水冲洗)。将装有未消化残渣的培养皿在65℃烘干至无水痕后(通常需要8～10h)，再在105℃下烘至恒重。将培养皿中的消化残渣全部刮下，转移至已知绝干重量的玻璃砂芯坩埚中，用无水乙醇冲洗残渣3次(每次约45mL)，确保残渣与乙醇充分混合，至滤出液无色为止。同时将带有残渣剩余物的培养皿置于105℃恒温箱内烘至恒重。将玻璃砂芯坩埚内脱脂未消化残渣的饲料样品转移到氧弹热量计的称样纸上，称取风干饲料样品的重量。同时将带有脱脂残渣剩余物的玻璃砂芯坩埚置于105℃恒温箱内烘至恒重。
2.2.12被测饲料与残渣的分析：
被测饲料按照GB/T 6435测定水分并计算其干物质含量，并根据ISO9831:1998的规定同步测定待测饲料总能。脱脂未消化残渣通过差量法计算其干物质含量及总能。
结果计算：
脱脂未消化残渣干物质量和干物质能值的计算分别按公式(1)和(2)计算。
仿生消化法测定饲料的消化能值(单位为kcal/kg)干物质基础和风干物质基础分别按公式(5)和(6)计算。
GE1＝E1×M1…………………(3)
GE2＝E2×M2…………………(4)
式中：
W0——空培养皿绝干重量，单位为克(g)；
W1——未消化残渣+培养皿绝干重量，单位为克(g)；
W2——刮取未消化残渣后残留物+培养皿绝干重量，单位为克(g)；
W3——玻璃砂芯坩埚绝干重量，单位为克(g)；
W4——脱脂未消化残渣+玻璃砂芯坩埚绝干重量，单位为克(g)；
W5——取用于测定总能值的脱脂未消化残渣样品后残留物+玻璃砂芯坩埚绝干重量，单位为克(g)；
W6——脱脂未消化残渣风干样品重量，单位为克(g)；
Er——脱脂未消化残渣风干样品总能，单位为卡/克(cal/g)；
IVDE——被测饲料体外消化能值，单位为千卡/千克(kcal/kg)；
GE1——上样饲料总能，单位为卡(cal)；
GE2——为消化残渣总能，单位为卡(cal)；
M1——上样饲料干物质量，单位为克(g)；
M2——上样被测饲料未消化残渣干物质量，单位为克(g)；
M3——上样饲料风干物质量，单位为克(g)。
3仿生消化法测定饲料原料的消化能及能量消化率
表1仿生消化法测定饲料原料的消化能、能量消化率与生长猪体内消化能及能量消化率的比较
如表1所示，在5个常用猪饲料原料中，仿生消化法测定的消化能及能量消化率与动物体内全消化道表观消化能及能量消化率非常接近(<70kcal/kg)。这表明本发明方法测定的消化能可代表动物试验的测值。此外，仿生消化法测定能量消化率的变异系数均在1％以内，表明本发明方法的精度非常高。
实施例3
通过猪仿生消化方法测定小麦、早稻、高粱和碎米的消化能值
参照图1-6，本实施例的一种猪饲料消化能值快速测定的体外仿生消化方法，与实施例1-6存在以下不同之处：
1饲料原料的预处理
按GB/T 14699.1进行采样2个小麦(GE 4460～4493kcal/kg DM，CP 14.25％～15.33％，EE 1.44％～1.68％，Ash 1.41％～1.53％)、1个早稻和1个碎米(GE 4306～4365kcal/kg DM，CP 7.40％～7.66％，EE 0.50％～1.83％，Ash 0.24％～3.34％)、1个高粱(GE 4476kcal/kg DM，CP 8.46％，EE 3.02％，Ash 1.28％)等常用猪饲料原料作为代表性饲料样品。分别用万能粉碎机粉碎后过60目标准筛后，分别装入饲料样品袋中密封于-20℃下保存备用。
2猪的仿生消化过程
同实施例2
3仿生消化法测定饲料原料的消化能及能量消化率
采用实施例2同样的方法测定饲料原料的消化能及能量消化率，结果如表2所示：
表2仿生消化法测定饲料原料的消化能、能量消化率与生长猪体内消化能及能量消化率的比较
如表2所示，在5个谷物及加工类猪饲料原料中，仿生消化法测定的消化能及能量消化率与生长猪体内全消化道表观消化能及能量消化率非常接近(<100kcal/kg)。这表明本发明方法测定的消化能可代表动物试验的测值。此外，仿生消化法测定能量消化率的变异系数与体内法类似，表明本发明方法的精度也是满意的。
从上述实施例可以看出，本发明提供一种程控猪仿生消化系统及使用该系统快速测定猪饲料消化能值的体外模拟消化方法，该方法通过程控猪仿生消化系统模拟生长猪体内胃-小肠-大肠的消化酶活性、pH值、缓冲液容量、消化时间、食糜粒径，消化过程及消化产物的吸收等实现对猪饲料消化能值的准确估测，解决了传统模拟消化过程中消化酶活性不清楚、消化时间和饲料样品粉碎前处理与体内生理参数不一致、全程手工操作、缺乏全自动测试工具以及仿生消化测值与猪消化能值的差距在10％以上等缺陷，同时，具有节耗、省资、重复性高、测试速度快的优点。
上述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。
Claims (16)
1.一种程控猪仿生消化系统，其特征在于，由反应单元和清洗单元组成；
其中，该反应单元包括模拟消化器、配套搅拌装置、消化液储存瓶、缓冲液储存瓶、去离子水试剂瓶、废液收集瓶；
该模拟消化器至少为一个，该消化液储存瓶、缓冲液储存瓶的数量与该模拟消化器的数量分别对应；
该模拟消化器由内外两层玻璃管套设计而成，其中，内层玻璃管向上开口，外层玻璃管管口收缩连接于内层玻璃管上部，使得内层玻璃管开口部高于外层玻璃管，并且外层玻璃管与内层玻璃管之间形成一封闭空间；外层玻璃管靠近底部的侧壁设有一去离子水输入管，外层玻璃管的侧壁相对于去离子水输入管的侧面靠近与内层玻璃管相交处设有一去离子水输出管；内层玻璃管上部高于外层玻璃管的位置设有消化液输入端和缓冲液输入端；
该配套搅拌装置由固定架、步进电机、多个皮带轮、皮带及模拟消化器夹具组成；其中，步进电机位于固定架的后部，皮带套装于多个皮带轮、步进电机的旋转轴上，使得步进电机的旋转轴带动皮带轮的转动；每一皮带轮下连接有一搅拌夹具，搅拌夹具下设有一可拆卸的搅拌杆，安装时将搅拌杆下端伸入到模拟消化器底部，上端固定到搅拌夹具的卡槽中；模拟消化器夹具包括固定块和可拆卸块，固定块水平螺固于固定架中部，可拆卸块通过螺丝与固定块连接，可拆卸块与固定块接触位置分别开设有与模拟消化器大小相当的半圆缺口，当可拆卸块与固定块螺固时，二者之间正好可以垂直夹固模拟消化器；固定架两端还设有用于固定于一空气浴摇床的固定螺丝；
一消化液输送塑料管一端插入对应的该模拟消化器的消化液输入端的孔中，并一直伸入到该模拟消化器的内层玻璃管的底部，另一端连接一硅胶泵管，该硅胶泵管经由一消化液输送蠕动泵连接到消化液储存瓶，该消化液储存瓶设置于一空气浴保温室内；
一缓冲液输送塑料管一端插入对应的该模拟消化器的缓冲液输入端的孔中，并一直伸入到该模拟消化器的内层玻璃管的底部，另一端连接一硅胶泵管，该硅胶泵管经由一缓冲液输送蠕动泵连接到缓冲液储存瓶；
该模拟消化器的去离子水输出管经由一第一单向阀和一第一电磁阀与放置于超级恒温水浴槽中的去离子水试剂瓶连接；该模拟消化器的去离子水输入管经由一水循环蠕动泵和一第二电磁阀与去离子水试剂瓶连接，使得该模拟消化器与去离子水试剂瓶连接之间形成一个循环回路；在水循环蠕动泵和第二电磁阀之间经由一第三电磁阀连接一废液收集瓶；
该第一电磁阀的控制端、该第二电磁阀的控制端、该第三电磁阀的控制端、该空气浴保温室的控制端、该超级恒温水浴槽的控制端、该消化液输送蠕动泵的控制端、该缓冲液输送蠕动泵的控制端、该水循环蠕动泵的控制端与一第一可编程控制器的控制端连接；该第一空气浴摇床的控制端与一第二可编程控制器的控制端连接；该步进电机的控制端与一第三可编程控制器的控制端连接；该第一可编程控制器的通讯端、该第二可编程控制器的通讯端、该第三可编程控制器的通讯端与PC的通讯端连接；
该清洗单元包含：清洗管、清洗液试剂瓶、清洗液储存瓶和清洗残留液收集瓶；
该清洗管的数量与反应单元中模拟消化器的数量对应；该清洗管水平放置于一第二空气浴摇床中；
该清洗管包括透析管和玻璃管，该玻璃管为一中空管体，该管体的两端各设有一磨口，该管体的侧面靠近两端处分别设有一清洗液输入管和一清洗液输出管，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硅胶塞；
该清洗管的清洗液输出管经由一第二单向阀和一第四电磁阀与清洗液试剂瓶连接，该清洗管的清洗液输入管经由一清洗液循环蠕动泵和一第五电磁阀与清洗液试剂瓶连接，使得该清洗管和该清洗液试剂瓶之间形成一循环回路；在清洗液循环蠕动泵和第五电磁阀之间经由一第六电磁阀连接一第一清洗残留液收集瓶；该清洗液试剂瓶下端放置一第二清洗残留液收集瓶，该第二清洗残留液收集瓶的端口经由一第七电磁阀与该清洗液试剂瓶的开口连接；一清洗液储存瓶经由一清洗液输入蠕动泵与该清洗液试剂瓶连接；
该第四电磁阀的控制端、该第五电磁阀的控制端、该第六电磁阀的控制端、该第七电磁阀的控制端、该清洗液循环蠕动泵的控制端、该清洗液输入蠕动泵的控制端与该第一可编程控制器的控制端连接；该第二空气浴摇床的控制端与该第二可编程控制器的控制端连接；该第一可编程控制器的通讯端、该第二可编程控制器的通讯端与该PC的通讯端连接。
2.如权利要求1所述的程控猪仿生消化系统，其特征在于：所述模拟消化器的数量为两个或两个以上，各所述模拟消化器的去离子水输入管、去离子水输出管之间为串联连接；
所述清洗管的数量为两个或两个以上，各所述清洗管的清洗液输入管、清洗液输出管之间为串联连接。
3.一种使用如权利要求1或2所述的程控猪仿生消化系统快速测定猪饲料消化能值的体外模拟消化方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)样品预处理：将猪饲料样品粉碎过0.25mm的标准筛，然后将粉碎后的饲料样品低温储存备用；
2)缓冲液的制备：以稀盐酸、磷酸盐、氯化钠、氯化钾和去离子水制备胃缓冲液，以无水磷酸氢二钠、无水磷酸二氢钠、山梨酸钾、青霉素溶解于去离子水中制备肠道缓冲液；
3)模拟胃液的制备：根据猪体内胃液中胃蛋白酶的活性，将胃蛋白酶粉剂溶于步骤2)所配制的胃缓冲液中以制备模拟胃液；
4)模拟小肠液的制备：根据猪体内空肠液中主要消化酶的活性，以α-淀粉酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶和去离子水制备浓缩模拟小肠液；
5)模拟大肠液的制备：根据猪体内盲肠液中纤维素酶活性，以复合碳水化合物酶溶于去离子水制备模拟大肠液；
6)上样：将饲料样品装入所述程控猪仿生消化系统的反应单元的模拟消化器中；
7)上机：将所述程控猪仿生消化系统的反应单元的配套搅拌装置的搅拌杆伸入步骤6)中装有饲料样品的模拟消化器内，然后将模拟消化器固定在配套搅拌装置的固定架的模拟消化器夹具上，将搅拌杆与搅拌夹具的卡槽固定，最后将固定架放入第一空气浴摇床中螺接固定；
8)胃模拟消化：在消化液储存瓶中加入模拟胃液，开启空气浴保温室、开启超级恒温水浴槽、开启第一空气浴摇床，开启第一电磁阀、开启第二电磁阀，开启消化液输送蠕动泵将一预定量的贮存于消化液储存瓶中的步骤3)制备的模拟胃液泵入模拟消化器，并开启步进电机带动搅拌杆对饲料样品进行搅拌；开启水循环蠕动泵将去离子水试剂瓶中的去离子水从该模拟消化器的去离子水输入管泵入到该模拟消化器内外两层玻璃管之间，再通过该模拟消化器的去离子水输出管回到去离子水试剂瓶中形成水循环，为胃的模拟消化提供适宜的温度环境；通过搅拌杆的搅拌和第一空气浴摇床的回旋震荡提供模拟胃液与饲料样品的混合动力；待一预定量的模拟胃液泵入模拟消化器后，关闭该消化液输送蠕动泵，该饲料样品与该模拟胃液进行消化反应；
9)小肠模拟消化：胃模拟消化结束前，在缓冲液储存瓶中加入步骤2)制备的肠道缓冲液，将消化液储存瓶中的模拟胃液更换为步骤4)制备的模拟小肠液；胃模拟消化结束时，将一预定量的所述肠道缓冲液从缓冲液储存瓶经由缓冲液输送蠕动泵泵入到该模拟消化器中，通过搅拌和回旋震荡提供肠道缓冲液与饲料样品的混合动力，使消化管中反应液的pH值自动变为体内小肠液的pH值，然后关闭缓冲液输送蠕动泵；再将一预定量的模拟小肠液从消化液储存瓶经由消化液输送蠕动泵泵入到该模拟消化器中，关闭消化液输送蠕动泵，开始小肠的模拟消化；
10)大肠模拟消化：小肠模拟消化结束前，将消化液储存瓶中的模拟小肠液更换为步骤5)制备的模拟大肠液；小肠模拟消化结束时，将一预定量的所述模拟大肠液从消化液储存瓶经由消化液输送蠕动泵泵入到该模拟消化器中，然后关闭消化液输送蠕动泵，开始大肠的模拟消化，消化过程中通过搅拌和回旋震荡提供模拟大肠液与饲料样品的混合动力；
11)模拟大肠液消化酶的灭活：在缓冲液储存瓶中加入消化酶灭活液，在大肠模拟消化结束时，从缓冲液储存瓶中经由缓冲液输送蠕动泵向该模拟消化器中泵入一预定量的消化酶灭活液使模拟大肠液中消化酶变性失活；
12)反应单元系统排空：关闭第一电磁阀、第二电磁阀；打开第三电磁阀，调整水循环蠕动泵反向运转而使去离子水流入废液收集瓶；
13)水解产物的清洗：
将模拟消化器的内层玻璃管内的所有物质转移到所述程控猪仿生消化系统的清洗单元的清洗管的透析管中；
i)开启清洗液循环蠕动泵，使清洗液循环蠕动泵正向转动，打开第四电磁阀和第五电磁阀，关闭第七电磁阀，清洗液试剂瓶中的去离子水从该清洗管的清洗液输入管进入到清洗管的透析管与玻璃管之间来清洗整个模拟消化阶段产生的水解产物，再通过该清洗管的清洗液输出管流出，回到清洗液试剂瓶中形成水循环回路；
ii)清洗结束后，关闭第四电磁阀和第五电磁阀，打开第六电磁阀，调整清洗液循环蠕动泵反向转动，使得清洗管中的清洗液反向流动到第一清洗残留液收集瓶，清洗管中清洗液排空；打开第七电磁阀，使得清洗液试剂瓶中残液流入第二清洗残留液收集瓶中，然后打开清洗液输入蠕动泵使得一预定量去离子水从清洗液储存瓶中流入清洗液试剂瓶中；
iii)重复步骤i)至步骤ii)数次；
14)未消化残渣的分析及消化率的计算：将步骤12)清洗后透析管内剩余的残渣转移到培养皿中，在鼓风干燥箱内烘干，无水乙醇脱脂，绝干后测定残渣及饲料样品的总能值，计算饲料消化能值。
4.如权利要求3所述的快速测定猪饲料消化能值的体外模拟消化方法，其特征在于，在所述步骤1)中，猪饲料为单一饲料原料或配合饲料，选用玉米型饲粮、小麦麸型饲粮、玉米-大豆粕型饲粮；所述粉碎为在万能粉碎机中进行，粉碎后过0.25mm筛孔的标准筛后装于自封袋密封保存于-20～-10℃。
5.如权利要求3所述的快速测定猪饲料消化能值的体外模拟消化方法，其特征在于，在所述步骤2)中，所述胃缓冲液中盐酸的浓度为5～10mmol/L，NaCl的浓度为88.5mmol/L，KCl的浓度为6.7mmol/L，无水磷酸二氢钠的浓度为100mmol/L；在39℃调节pH至2.0。
6.如权利要求3所述的快速测定猪饲料消化能值的体外模拟消化方法，其特征在于，在所述步骤2)中，所述肠道缓冲液中磷酸氢二钠的浓度为338mmol/L，磷酸二氢钠的浓度为292mmol/L，青霉素的浓度为240万U/L，抗菌剂的浓度为12g/L；在39℃用氢氧化钠调节pH至7.15～7.5；所述抗菌剂为山梨酸钾。
7.如权利要求3所述的快速测定猪饲料消化能值的体外模拟消化方法，其特征在于，在所述步骤3)中，所述猪模拟胃液中胃蛋白酶的活性为890U/mL。盐酸的浓度为5～10mmol/L，NaCl的浓度为88.5mmol/L，KCl的浓度为6.7mmol/L，无水磷酸二氢钠的浓度为100mmol/L，pH为2.0。
8.如权利要求3所述的快速测定猪饲料消化能值的体外模拟消化方法，其特征在于，在所述步骤4)中，所述猪浓缩模拟小肠液中α-淀粉酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶的平均活性分别为2436U/mL、760U/mL、95U/mL。
9.如权利要求3所述的快速测定猪饲料消化能值的体外模拟消化方法，其特征在于，在所述步骤5)中，所述猪模拟大肠液中纤维素酶的活性为0.09～1.6U/mL。
10.如权利要求3所述的快速测定猪饲料消化能值的体外模拟消化方法，其特征在于，所述每一模拟消化器的饲料样品上样量为1～2g，模拟胃液的体积为15mL。
11.如权利要求3所述的快速测定猪饲料消化能值的体外模拟消化方法，其特征在于，在所述步骤8)中，所述饲料样品与模拟胃液混合后的回旋震荡频率为90～120rpm；搅拌器转速为250rpm；流经模拟消化器的去离子水流速为400～450mL/min。模拟消化的温度为39℃，胃阶段消化时间为3h。
12.如权利要求3所述的快速测定猪饲料消化能值的体外模拟消化方法，其特征在于，在所述步骤9)中，所述肠道缓冲液注入体积为5mL，浓缩模拟小肠液注入体积为2mL；饲料样品与肠道缓冲液及浓缩模拟小肠液混合后的回旋震荡频率为90～120rpm，搅拌器转速为250rpm，流经模拟消化器的去离子水流速为400～450mL/min。消化温度为39℃，小肠阶段消化时间为5h。
13.如权利要求3所述的快速测定猪饲料消化能值的体外模拟消化方法，其特征在于，在所述步骤10)中，所述模拟大肠液注入体积为2mL；饲料样品与模拟大肠液混合后的回旋震荡频率为90～120rpm，搅拌器转速为250rpm，流经模拟消化器的去离子水流速为400～450mL/min。消化温度为39℃，大肠阶段消化时间为21h。
14.如权利要求3所述的快速测定猪饲料消化能值的体外模拟消化方法，其特征在于，如权利要求1所述的快速测定猪饲料消化能值的体外模拟消化方法，其特征在于，在所述步骤11)中，所述的灭活液为0.1mol/L NaOH溶液，灭活时间为30min。
15.如权利要求3所述的快速测定猪饲料消化能值的体外模拟消化方法，其特征在于，在所述步骤12)中，所述透析管的截留分子量为12000～14400道尔顿，扁平直径44mm；管体张开体积为35～45mL。流经清洗管的去离子水的流速为110～130ml/min；清洗一次消化产物的清洗液量为300ml去离子水/清洗管，每次清洗4h，共计清洗6次。
16.如权利要求3所述的快速测定猪饲料消化能值的体外模拟消化方法，其特征在于，在所述步骤13)中，所述未消化残渣转入恒重的培养皿中后，在65℃恒温鼓风干燥箱中烘至无水痕，然后在105℃恒温鼓风干燥箱中烘至恒重。在干燥器中冷却后称重，转移至G4玻璃砂芯坩埚中，每次用45mL无水乙醇冲洗未消化残渣，共冲洗4次。
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