CN203658328U - 一种模拟胃部消化的装置 - Google Patents
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Abstract
一种模拟胃部消化的装置，包括胃反应器、搅拌器、水浴控制系统、计算机监控系统、胃排空泵等。向胃反应器加入胃液和待测物溶液或分散液，搅拌器模拟胃的蠕动，水浴控制系统控制反应器中的温度，并通过计算机监系统监控胃反应器内部温度、pH和消化时间，通过胃排空恒流泵模拟胃排空，将消化后的产物收集，去除胃蛋白酶的活性；模拟消化过程重复三次，检测待测物质的消化情况。本实用新型首次模拟了胃部具体、详细的消化过程，可以对各种活性或营养物质进入人体后的消化情况观测，探索各种活性或营养物质进入人体后的胃部消化情况，模拟环境按照人体的生理环境进行，和人的胃部消化贴合性强，在控制模拟环境方面有较强的精准性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种模拟胃部消化的装置。
背景技术
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。
胃部是物质进入人体经过口腔的消化后遇到的第一个主要消化的地方。人体运动需要的能量来自于消化器官对食物中营养的吸收，食物在胃部里有良好的消化过程，会利于整体消化器官的工作。胃中对于消化主要产生作用的是胃酸和胃蛋白酶。胃通过蠕动搅拌食物，使食物与胃液充分混合并进行初步消化。胃中与消化有关的过程是胃酸的分泌，胃液中胃蛋白酶的作用以及胃排空的过程。不同的食物或活性营养物质在胃中被消化的情况不尽相同，这使得研究胃部消化十分有意义，因为研究清楚不同物质在胃中的消化能为该物质进一步消化研究提供数据，同时对于认识和探索不同物质的消化方式有着重要意义。近年来涉及胃部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）。这些专利报道极大的丰富了适用于胃部消化的装置及使用方法，但到目前为止，这些专利对于胃液的配制，胃的排空过程没有详细的模拟及说明，同时这些专利有些仅与动物有关，与人的关联性不大。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种模拟胃部消化的装置。该装置可以对各种活性或营养物质进入人体后的胃部消化情况进行观测，帮助探索各种活性或营养物质进入人体后的胃部消化情况。
本实用新型是通过以下技术方案实现的。
本实用新型所述的模拟胃部消化的装置包括待测物盛放皿（1）、盐酸盛放皿（2）、待测物输送恒流泵（3）、盐酸输送恒流泵（4）、胃反应器（5）、磁力搅拌器（6）、温度及pH监控系统（7）、胃排空恒流泵（8）、待测物收集盛放皿（9）、水浴控制系统（10）、pH计（11）、温度计（12）。胃反应器（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（3）连接，待测物输送恒流泵（3）的另一端通过软管伸入胃反应器（5）的内部；盐酸盛放皿（2）通过软管与盐酸输送恒流泵（4）连接，盐酸输送恒流泵（4）的另一端通过软管伸入胃反应器（5）的内部；待测物收集盛放皿（9）通过软管与胃排空恒流泵（8）连接，胃排空恒流泵（8）的另一端通过软管连接到胃反应器（5）的内部底端出口；胃反应器（5）置于磁力搅拌器（6）上；温度及pH监控系统（7）分别连接pH计（11）和温度计（12），并且pH计（11）和温度计（12）悬置于胃反应器（5）的内部；水浴控制系统（10）通过软管与胃反应器（5）的外层上下2个水浴出口相连。
本实用新型所述的模拟胃部消化的装置的使用方法是：向胃反应器（5）的内部加入足够量的胃液，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（3）以≤5 ml/min流速加入胃反应器（5）的内部进行胃模拟消化。开启磁力搅拌器（6），以200-300 rpm/min的恒定的搅拌速度模拟胃的蠕动，通过水浴控制系统（10）控制反应器中的温度，并通过温度及pH监控系统（7）连接的温度计（12）监控胃反应器（5）的内部温度，保持恒定的37℃。同时，通过温度及pH监控系统（7）连接的pH计（11）监控胃反应器（5）的内部pH，一旦pH过高，则用盐酸输送恒流泵（4）以1-2 ml/min的恒速加入0.1-0.2 M 盐酸进行调控，始终保持pH为2-3。胃模拟消化的时间为5-6 h，通过胃排空恒流泵（8）以4-6 ml/min流速模拟胃的排空，将消化后的产物收集于待测物收集盛放皿（9）中，得胃消化产物。之后，将收集到的消化产物在沸水浴中几分钟以去除胃蛋白酶的活性。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。
本实用新型的特色在于该装置首次对于模拟胃部具体消化具有详细说明，首次对于模拟胃部消化的规范配有详细说明，同时首次对于胃部相应的消化过程也进行了详细的模拟说明。
本实用新型的技术效果是：该装置可以对各种活性或营养物质进入人体后的胃部消化情况进行观测，帮助探索各种活性或营养物质进入人体后的胃部消化情况。
本实用新型模拟环境按照人体的生理环境进行，和人的胃部消化贴合性强。同时本实用新型采用电脑自动控制胃模拟反应器中的pH等参数，比现有技术在控制模拟环境方面有较强的精准性。
附图说明
图1 是模拟胃部消化的装置示意图。其中，1为待测物盛放皿；2为盐酸盛放皿；3为待测物输送恒流泵；4为盐酸输送恒流泵；5为胃反应器；6为磁力搅拌器；7为温度及pH监控系统；8为胃排空恒流泵；9为待测物收集盛放皿；10为水浴控制系统；11为pH计；12为温度计。
具体实施方式
本实用新型将通过以下实施例作进一步说明。
按照上述具体操作步骤，在设定条件下模拟胃部消化。
实施例1。
植物多糖的胃部模拟消化。
（1）胃液的配制。
胃液是称取37.5 mg 胃脂肪酶，35.4 mg 胃蛋白酶加入到150 g 胃电解质中（胃电解质溶液的配制：称取3.1 g NaCl，1 g KCl，0.15 g CaCl2，0.6 g NaHCO3，用去离子水定容于1 L的容量瓶中，用0.1 M的HCl将电解质溶液pH调至3），然后加入1.5 mL CH3COONa（1 M，pH 5）。室温下磁力搅拌10 min，用0.1 M的HCl将溶液pH调至2，置于冰箱中备用。
（2）模拟胃部消化。
首先，将已预先经过口腔模拟消化的植物多糖溶液（5mg/ml）置于皿中。
然后，胃部消化采用对照试验方法如下分组。
实验组1：向模拟装置中加入胃酸，胃液和植物多糖溶液进行胃部模拟消化。
实验组2：向模拟装置中加入胃酸，胃液和水（与实验组1中的植物多糖溶液同体积）进行胃部模拟消化，该实验组是为去除胃酸和胃液中本身的物质对于分析植物多糖胃部消化情况的干扰。
实验组3：向模拟装置中加入植物多糖溶液和水（与实验组1中的胃酸和胃液同体积）进行胃部模拟消化，该实验组是为去除植物多糖在消化时由于胃酸和胃液不断加入而被稀释的影响。
模拟胃部消化装置示意图如附图1所示。装置包括待测物盛放皿1、盐酸（HCl）盛放皿2、待测物输送恒流泵3、盐酸输送恒流泵4、胃反应器5、磁力搅拌器6、温度及pH监控系统7、胃排空恒流泵8、待测物收集盛放皿9、水浴控制系统10、pH计11、温度计12。胃反应器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3连接，同时待测物输送恒流泵3的另一端也通过软管伸入胃反应器5的内部。盐酸盛放皿2通过软管与盐酸输送恒流泵4连接，同时盐酸输送恒流泵4的另一端也通过软管伸入胃反应器5的内部。待测物收集盛放皿9通过软管与胃排空恒流泵8连接，同时胃排空恒流泵8的另一端也通过软管连接到胃反应器的5内部底端出口。胃反应器5置于磁力搅拌器6上。温度及pH监控系统7通过电线控制连接pH计11和温度计12，并且pH计11和温度计12悬置于胃反应器5的内部。水浴控制系统10通过软管与胃反应器5的外层上下2个水浴出口相连。
使用方法：如附图1所示，向胃反应器5的内部加入足够量的胃液，将待测物盛放皿1中的植物多糖溶液通过软管及待测物输送恒流泵3以3.5 ml/min的流速加入胃反应器5的内部进行胃模拟消化。开启磁力搅拌器6，以200 rpm/min的恒定的搅拌速度模拟胃的蠕动，通过水浴控制系统10控制反应器中的温度，并通过温度及pH监控系统7连接的温度计12监控胃反应器5的内部温度，保持恒定的37℃。同时，通过温度及pH监控系统7连接的pH计11监控胃反应器5的内部pH，一旦pH过高，则用盐酸输送恒流泵4以恒速加入一定量的0.1 M HCl（流速为1 ml/min）来调控，始终保持pH为2左右。胃模拟消化的时间为6 h，通过胃排空恒流泵8模拟胃的排空（流速为4 ml/min），将消化后的产物收集于待测物收集盛放皿9中，得胃消化产物。之后，将收集到的消化产物在沸水浴中几分钟以去除胃蛋白酶的活性。
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：
| 样 品 | 分子量 (kDa) | 还原糖浓度(mM) |
| 胃消化前植物多糖 | 1,803.5 ± 78.0 | 0.150 ± 0.006 |
| 胃消化后植物多糖 | 19.5 ± 2.0 | 0.634 ± 0.025 |
由上表可以看出，该植物多糖经过胃部模拟消化后，分子量显著降低，还原糖量显著升高，表明该植物多糖在人体胃部消化中被分解，同时部分糖苷键被打断。
实施例2。
玉米淀粉的胃部模拟消化。
（1）胃液的配制。
胃液是称取35 mg 胃脂肪酶，35 mg 胃蛋白酶加入到160 g 胃电解质中（胃电解质溶液的配制：称取3 g NaCl，0.5 g KCl，0.1 g CaCl2，0.5 g NaHCO3，用去离子水定容于1 L的容量瓶中，用0.2 M的HCl将电解质溶液pH调至3），然后加入2 mL CH3COONa（1 M，pH 5）。室温下磁力搅拌20 min，用0.2 M的HCl将溶液pH调至2，置于冰箱中备用。
（2）模拟胃部消化。
首先，将已预先经过口腔模拟消化的玉米淀粉溶液（5 mg/ml）置于皿中。
然后，胃部消化采用对照试验方法如下分组。
实验组1：向模拟装置中加入胃酸，胃液和玉米淀粉溶液进行胃部模拟消化。
实验组2：向模拟装置中加入胃酸，胃液和水（与实验组1中的玉米淀粉溶液同体积）进行胃部模拟消化，该实验组是为去除胃酸和胃液中本身的物质对于分析玉米淀粉胃部消化情况的干扰。
实验组3：向模拟装置中加入玉米淀粉溶液和水（与实验组1中的胃酸和胃液同体积）进行胃部模拟消化，该实验组是为去除玉米淀粉在消化时由于胃酸和胃液不断加入而被稀释的影响。
模拟胃部消化装置示意图如附图1所示。装置包括待测物盛放皿1、盐酸（HCl）盛放皿2、待测物输送恒流泵3、盐酸输送恒流泵4、胃反应器5、磁力搅拌器6、温度及pH监控系统7、胃排空恒流泵8、待测物收集盛放皿9、水浴控制系统10、pH计11、温度计12。胃反应器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3连接，同时待测物输送恒流泵3的另一端也通过软管伸入胃反应器5的内部。盐酸盛放皿2通过软管与盐酸输送恒流泵4连接，同时盐酸输送恒流泵4的另一端也通过软管伸入胃反应器5的内部。待测物收集盛放皿9通过软管与胃排空恒流泵8连接，同时胃排空恒流泵8的另一端也通过软管连接到胃反应器的5内部底端出口。胃反应器5置于磁力搅拌器6上。温度及pH监控系统7通过电线控制连接pH计11和温度计12，并且pH计11和温度计12悬置于胃反应器5的内部。水浴控制系统10通过软管与胃反应器5的外层上下2个水浴出口相连。
使用方法：如附图1所示，向胃反应器5的内部加入足够量的胃液，将待测物盛放皿1中的玉米淀粉溶液通过软管及待测物输送恒流泵3以一定的流速（不超过3 ml/min）加入胃反应器5的内部进行胃模拟消化。开启磁力搅拌器6，以300 rpm/min的恒定的搅拌速度模拟胃的蠕动，通过水浴控制系统10控制反应器中的温度，并通过温度及pH监控系统7连接的温度计12监控胃反应器5的内部温度，保持恒定的37℃。同时，通过温度及pH监控系统7连接的pH计11监控胃反应器5的内部pH，一旦pH过高，则用盐酸输送恒流泵4以恒速加入一定量的0.1 M HCl（流速为2 ml/min）来调控，始终保持pH为2左右。胃模拟消化的时间为5 h，通过胃排空恒流泵8模拟胃的排空（流速为4 ml/min），将消化后的产物收集于待测物收集盛放皿9中，得胃消化产物。之后，将收集到的消化产物在沸水浴中几分钟以去除胃蛋白酶的活性。
实验组1，2，3分别进行模拟消化过程重复三次，用液相法检测玉米淀粉的消化情况（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：
| 样 品 | 分子量 (kDa) | 还原糖浓度(mM) |
| 胃消化前玉米淀粉 | 162.7 ± 3.2 | 0.634 ± 0.025 |
| 胃消化后玉米淀粉 | 128.7 ± 3.2 | 0.708 ± 0.030 |
由上表可以看出，玉米淀粉经过胃部模拟消化后，分子量部分降低，还原糖量有一定的升高，表明该玉米淀粉在人体胃部消化中被少量分解，同时少量糖苷键被打断。
实施案3。
大豆蛋白的胃部模拟消化。
（1）胃液的配制。
胃液是称取35 mg 胃脂肪酶，35 mg 胃蛋白酶加入到160 g 胃电解质中（胃电解质溶液的配制：称取3 g NaCl，0.5 g KCl，0.1 g CaCl2，0.5 g NaHCO3，用去离子水定容于1 L的容量瓶中，用0.2 M的HCl将电解质溶液pH调至3），然后加入2 mL CH3COONa（1 M，pH 5）。室温下磁力搅拌20 min，用0.2 M的HCl将溶液pH调至2，置于冰箱中备用。
（2）模拟胃部消化。
首先，将已预先经过口腔模拟消化的大豆蛋白溶液（5 mg/ml）置于皿中。
然后，胃部消化采用对照试验方法如下分组。
实验组1：向模拟装置中加入胃酸，胃液和大豆蛋白溶液进行胃部模拟消化。
实验组2：向模拟装置中加入胃酸，胃液和水（与实验组1中的大豆蛋白溶液同体积）进行胃部模拟消化，该实验组是为去除胃酸和胃液中本身的物质对于分析大豆蛋白胃部消化情况的干扰。
实验组3：向模拟装置中加入大豆蛋白溶液和水（与实验组1中的胃酸和胃液同体积）进行胃部模拟消化，该实验组是为去除大豆蛋白在消化时由于胃酸和胃液不断加入而被稀释的影响。
模拟胃部消化装置示意图如附图1所示。装置包括待测物盛放皿1、盐酸（HCl）盛放皿2、待测物输送恒流泵3、盐酸输送恒流泵4、胃反应器5、磁力搅拌器6、温度及pH监控系统7、胃排空恒流泵8、待测物收集盛放皿9、水浴控制系统10、pH计11、温度计12。胃反应器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3连接，同时待测物输送恒流泵3的另一端也通过软管伸入胃反应器5的内部。盐酸盛放皿2通过软管与盐酸输送恒流泵4连接，同时盐酸输送恒流泵4的另一端也通过软管伸入胃反应器5的内部。待测物收集盛放皿9通过软管与胃排空恒流泵8连接，同时胃排空恒流泵8的另一端也通过软管连接到胃反应器的5内部底端出口。胃反应器5置于磁力搅拌器6上。温度及pH监控系统7通过电线控制连接pH计11和温度计12，并且pH计11和温度计12悬置于胃反应器5的内部。水浴控制系统10通过软管与胃反应器5的外层上下2个水浴出口相连。
使用方法：如附图1所示，向胃反应器5的内部加入足够量的胃液，将待测物盛放皿1中的大豆蛋白溶液通过软管及待测物输送恒流泵3以一定的流速（不超过4 ml/min）加入胃反应器5的内部进行胃模拟消化。开启磁力搅拌器6，以200 rpm/min的恒定的搅拌速度模拟胃的蠕动，通过水浴控制系统10控制反应器中的温度，并通过温度及pH监控系统7连接的温度计12监控胃反应器5的内部温度，保持恒定的37℃。同时，通过温度及pH监控系统7连接的pH计11监控胃反应器5的内部pH，一旦pH过高，则用盐酸输送恒流泵4以恒速加入一定量的0.2 M HCl（流速为1 ml/min）来调控，始终保持pH为2左右。胃模拟消化的时间为5 h，通过胃排空恒流泵8模拟胃的排空（流速为4 ml/min），将消化后的产物收集于待测物收集盛放皿9中，得胃消化产物。之后，将收集到的消化产物在沸水浴中几分钟以去除胃蛋白酶的活性。
实验组1，2，3分别进行模拟消化过程重复三次，用液相法检测大豆蛋白的消化情况（分子量变化）。
检测结果如下表所示：
| 样 品 | 分子量 (kDa) |
| 胃消化前大豆蛋白 | 30.6 ± 4.1 |
| 胃消化后大豆蛋白 | 5.8 ± 1.2 |
由上表可以看出，大豆蛋白经过胃部模拟消化后，分子量显著降低，表明该大豆蛋白在人体胃部消化中被显著分解。
Claims (1)
1.一种模拟胃部消化的装置，其特征是包括待测物盛放皿（1）、盐酸盛放皿（2）、待测物输送恒流泵（3）、盐酸输送恒流泵（4）、胃反应器（5）、磁力搅拌器（6）、温度及pH监控系统（7）、胃排空恒流泵（8）、待测物收集盛放皿（9）、水浴控制系统（10）、pH计（11）、温度计（12）；胃反应器（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（3）连接，待测物输送恒流泵（3）的另一端通过软管伸入胃反应器（5）的内部；盐酸盛放皿（2）通过软管与盐酸输送恒流泵（4）连接，盐酸输送恒流泵（4）的另一端通过软管伸入胃反应器（5）的内部；待测物收集盛放皿（9）通过软管与胃排空恒流泵（8）连接，胃排空恒流泵（8）的另一端通过软管连接到胃反应器（5）的内部底端出口；胃反应器（5）置于磁力搅拌器（6）上；温度及pH监控系统（7）分别连接pH计（11）和温度计（12），并且pH计（11）和温度计（12）悬置于胃反应器（5）的内部；水浴控制系统（10）通过软管与胃反应器（5）的外层上下2个水浴出口相连。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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| CN203658328U true CN203658328U (zh) | 2014-06-18 |
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ID=50924705
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103675205A (zh) * | 2013-11-26 | 2014-03-26 | 南昌大学 | 一种模拟胃部消化的装置及使用方法 |
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| CN110632963A (zh) * | 2019-09-12 | 2019-12-31 | 浙江大学 | 一种全自动程控型模拟仿生胃肠消化装置 |
-
2013
- 2013-11-26 CN CN201320752892.1U patent/CN203658328U/zh not_active Expired - Lifetime
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