CN111785144B - 一种体外模拟消化盒子 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种体外模拟消化盒子,包括依次连接的胃消化部件、小肠消化部件和大肠消化部件;所述胃消化部件由上组件和下组件铆合连接,所述胃消化部件包括肠消化液入口、胃消化液入口、取样口和胃消化样品出口;所述小肠消化部件由第一组件和第二组件铆合连接,所述小肠消化部件包括样品入口、胃消化样品入口、肠消化样品出口和肠消化样品取样口,所述大肠消化部件由第三组件、第四组件铆合连接,所述大肠消化部件包括肠消化样品入口、细胞培养基入口、消化吸收样品出口、代谢消化样品出口和聚碳酸酯薄膜。该体外模拟消化盒子结构稳定,重现性好;设备简单,条件容易控制。
Description
技术领域
本发明属于体外完整消化道模拟技术领域,具体地涉及一种体外模拟消化盒子,反映人体消化道对可溶营养物质的消化作用。
背景技术
食品中成分复杂,在消化的过程中,不同的营养成分有不一样的变化情况,不同的营养成分产生生理活性的机理不同,甚至相同的营养成分经过降解、聚合、异构等变化后,其产生生理活性的机理会发生改变。多酚、类胡萝卜素、维生素及多糖都会在消化过程中产生变化,进而影响其生理活性的表达(Food Chemistry,2006,102(3),865-874;FoodHydrocolloids,2016,58,171-178;British Food Journal,2008 110(3),296-309;Journal of Agricultural&Food Chemistry,2006,54(23),8749-8755)。
为了检测营养物质在人体消化道中的变化情况,目前主要的研究方法有人体实验、动物实验及体外消化模拟三类。
人体实验数据准确可靠,但是成本高昂,且变量难以控制,不同的人有不同的情况。
动物实验相较于人体实验更加可控,但是由于不同动物与人体的消化道情况不同,动物实验仍然不能够很好的反应人体的真实情况。动物实验多耗时冗长,成本高昂。
体外消化模拟实验,相较于人体实验和动物实验更加的简单便宜,应用的范围也更加广泛。利用人体胃肠道模拟技术进行体外实验最开始是应用在营养学食物中金属元素的生物可及性研究,研究方法也是比较简单地采用盐酸溶液模拟胃液来浸提食物中的金属元素,但由于人体消化系统的生理条件相当复杂,这样的方法并不能很好地反应胃肠道的真实情况。
DIN最初是Marschner等创建用于测定土壤中多环芳烃类化合物(PAHs)和多氯联苯(PCBs)的生物可及性,现也用于土壤样品中有机污染物和金属离子生物可及性研究,该方法实现了对口腔、胃和小肠的模拟,为了更接近人体真实的胃肠生理环境和饮食情况,模拟过程在消化液中加入了有机酸、多种无机盐以及奶粉等食物成分。但该仪器不能进行大肠发酵的实验,不能获得发酵相关的消化代谢相关信息。
SHIME(Simulator ofhuman intestinal microbial ecosystem)方法由比利时根特大学研制。该系统主要由5个部分组成,包括胃、小肠、升结肠、横结肠和降结肠,由蠕动泵实现食物及胃肠液的转移。该模型最大的优点是可以研究化学物质从进入胃部一直到排泄之间整个消化系统中的生物化学行为,并可以研究肠道微生物对化学物质的代谢行为进行相关的研究。但是该仪器十分巨大,需要大量的样品才能进行相关实验,且该仪器价格昂贵,操作复杂。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种体外模拟消化盒子,具有工艺简洁、耗时短、成本低的特点。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的:一种体外模拟消化盒子,包括依次连接的胃消化部件、小肠消化部件和大肠消化部件;所述胃消化部件由上组件和下组件铆合连接,所述胃消化部件包括肠消化液入口、胃消化液入口、取样口和胃消化样品出口;所述胃消化液入口、胃消化液入口设置于胃消化部件的一侧,所述取样口和胃消化样品出口设置于胃消化部件的另一侧;所述胃消化液入口、取样口位于胃消化部件的下组件上,所述胃消化液入口和胃消化样品出口位于胃消化部件的上组件上;所述小肠消化部件由第一组件和第二组件铆合连接,所述小肠消化部件包括样品入口、胃消化样品入口、肠消化样品出口和肠消化样品取样口,所述样品入口、胃消化样品入口设置于小肠消化部件的一侧,且胃消化样品入口与胃消化样品出口连接,所述肠消化样品出口和肠消化样品取样口设置于小肠消化部件的另一侧;所述样品入口、肠消化样品出口位于小肠消化部件的第一组件上,所述胃消化样品入口和肠消化样品取样口位于小肠消化部件的第二组件上;所述大肠消化部件由第三组件、第四组件铆合连接,所述大肠消化部件包括肠消化样品入口、细胞培养基入口、消化吸收样品出口、代谢消化样品出口和聚碳酸酯薄膜;所述肠消化样品入口设置于大肠消化部件的第三组件上与肠消化样品出口连接,聚碳酸酯薄膜设置于第三组件、第四组件之间。
进一步地,所述胃消化部件、小肠消化部件上均设有消化仓。
进一步地,所述大肠消化部件还设有仪器检测口。
进一步地,所述胃消化部件的上组件和下组件之间设有聚碳酸酯薄膜。
进一步地,所述小肠消化部件的第一组件和第二组件之间设有聚碳酸酯薄膜。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:本发明的体外模拟消化盒子结构简单,便于携带,可以拆卸消毒清洗;胃消化部件、小肠消化部件上加装聚碳酸酯薄膜扩展功能,大肠消化部件通过在聚碳酸酯膜上培养肠上皮细胞,可引入肠上皮细胞的作用,准确反映人体消化过程中的变化;大肠消化部件上还设有仪器检测口,可实时监测消化反应状态;且大肠消化部件弯曲管道设计有助于延长消化时间,提高发酵时间占总消化时间占比。该体外模拟消化盒子结构稳定,重现性好;设备简单,条件容易控制。
附图说明
图1为本发明体外模拟消化盒子结构示意图;
图2为胃消化部件、小肠消化部件结构示意图;
图3为大肠消化部件结构示意图。
具体实施方式
如图1,本发明提供了一种体外模拟消化盒子,包括依次连接的胃消化部件、小肠消化部件和大肠消化部件;所述胃消化部件由上组件和下组件铆合连接,所述胃消化部件包括肠消化液入口1、胃消化液入口2、取样口3和胃消化样品出口4;所述肠消化液入口1、胃消化液入口2设置于胃消化部件的一侧,所述取样口3和胃消化样品出口4设置于胃消化部件的另一侧;所述胃消化液入口1、取样口3位于胃消化部件的下组件上,所述胃消化液入口2和胃消化样品出口4位于胃消化部件的上组件上;所述胃消化部件的上组件和下组件之间设有聚碳酸酯薄膜,以用于营养物质在胃部吸收等相关研究。所述小肠消化部件由第一组件和第二组件铆合连接,所述小肠消化部件包括样品入口5、胃消化样品入口6、肠消化样品出口7和肠消化样品取样口8,所述样品入口5、胃消化样品入口6设置于小肠消化部件的一侧,且胃消化样品入口6与胃消化样品出口4连接,所述肠消化样品出口7和肠消化样品取样口8设置于小肠消化部件的另一侧;所述样品入口5、肠消化样品出口7位于小肠消化部件的第一组件上,所述胃消化样品入口6和肠消化样品取样口8位于小肠消化部件的第二组件上,所述小肠消化部件的第一组件和第二组件之间设有聚碳酸酯薄膜,以用于营养物质在小肠部位的吸收等相关研究。如图2所示,所述胃消化部件、小肠消化部件上均设有消化仓15,消化仓15可通过聚碳酸脂薄膜隔离,在聚碳酸脂薄膜上定植胃表皮细胞或小肠上皮细胞可进一步模拟胃吸收或小肠吸收的情况。如图3,所述大肠消化部件由第三组件、第四组件铆合连接,所述大肠消化部件包括肠消化样品入口9、细胞培养基入口10、消化吸收样品出口11、代谢消化样品出口12和聚碳酸酯薄膜13;所述肠消化样品入口9设置于大肠消化部件的第三组件上与肠消化样品出口7连接,聚碳酸酯薄膜13设置于第三组件、第四组件之间。每次实验后,通过替换聚碳酸酯薄膜13可以快速进行下一次实验,减少时间消耗,降低实验成本。此外,所述大肠消化部件还设有仪器检测口14,仪器检测口14可外接仪器用以检测消化盒子状态。通过仪器检测口14可以实时监测消化过程中样品的pH、氧浓度及肠上皮细胞的完整性。
该体外模拟消化盒子使用前需在紫外光下辐照30分钟,以杀灭细菌,且事先对需用的试剂进行灭菌处理。所有操作应在无菌台中操作。
1)、大肠消化部件中层夹入聚碳酸酯薄膜13,并将大肠消化部件组装成型。
2)、向大肠消化部件的第三组件注入含Caco-2细胞DMEM培养基,直至第三组件装满培养基。
3)、向大肠消化部件的第四组件注入DMEM细胞培养基,直至第四组件装满培养基。
4)、移至细胞培养箱,37℃,5%CO2环境下,培养21天至Caco-2单层膜长成,培养期间每隔1天更换新鲜DMEM培养基。
5)、移除培养基,向第三组件注入人粪便菌群提取液,直至第三组件装满提取液,第四组件填充新鲜DMEM培养基。
6)、连接胃消化部件与肠消化部件,将反应盒子置于37℃恒温厌氧环境下进行后续操作。
7)、通过相应的进样口,以蠕动泵将相应样品缓慢注入。
8)、根据不同实验设计,在不同消化时间点,通过各个管道口进行取样。
9)、根据不同实验设计,消化反应进行适当时间后,结束反应,清洗仪器。
本发明的消化盒子体外模拟消化技术,适合于所有可溶及液态可食用物质的体外消化相关研究。
本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种体外模拟消化盒子,其特征在于,包括依次连接的胃消化部件、小肠消化部件和大肠消化部件;所述胃消化部件由上组件和下组件铆合连接,所述胃消化部件包括肠消化液入口(1)、胃消化液入口(2)、取样口(3)和胃消化样品出口(4);所述肠 消化液入口(1)、胃消化液入口(2)设置于胃消化部件的一侧,所述取样口(3)和胃消化样品出口(4)设置于胃消化部件的另一侧;所述肠 消化液入口(1)、取样口(3)位于胃消化部件的下组件上,所述胃消化液入口(2)和胃消化样品出口(4)位于胃消化部件的上组件上;所述小肠消化部件由第一组件和第二组件铆合连接,所述小肠消化部件包括样品入口(5)、胃消化样品入口(6)、肠消化样品出口(7)和肠消化样品取样口(8),所述样品入口(5)、胃消化样品入口(6)设置于小肠消化部件的一侧,且胃消化样品入口(6)与胃消化样品出口(4)连接,所述肠消化样品出口(7)和肠消化样品取样口(8)设置于小肠消化部件的另一侧;所述样品入口(5)、肠消化样品出口(7)位于小肠消化部件的第一组件上,所述胃消化样品入口(6)和肠消化样品取样口(8)位于小肠消化部件的第二组件上;所述大肠消化部件由第三组件、第四组件铆合连接,所述大肠消化部件包括肠消化样品入口(9)、细胞培养基入口(10)、消化吸收样品出口(11)、代谢消化样品出口(12)和聚碳酸酯薄膜(13);所述肠消化样品入口(9)设置于大肠消化部件的第三组件上与肠消化样品出口(7)连接,聚碳酸酯薄膜(13)设置于第三组件、第四组件之间。
2.根据权利要求1所述体外模拟消化盒子,其特征在于,所述胃消化部件、小肠消化部件上均设有消化仓(15)。
3.根据权利要求1所述体外模拟消化盒子,其特征在于,所述大肠消化部件还设有仪器检测口(14)。
4.根据权利要求1所述体外模拟消化盒子,其特征在于,所述胃消化部件的上组件和下组件之间设有聚碳酸酯薄膜。
5.根据权利要求1所述体外模拟消化盒子,其特征在于,所述小肠消化部件的第一组件和第二组件之间设有聚碳酸酯薄膜。
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