CN207717742U - 一种食物过敏原的模拟消化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种食物过敏原的模拟消化装置，包括：消化瓶、盐酸瓶、氢氧化钠瓶、自动进样器、自动采样器、电加热恒温水罐、控制中心、温度传感器、pH传感器、磁力搅拌装置、两根回水管；所述消化瓶包括料液瓶、胃模拟瓶、小肠模拟瓶、大肠模拟瓶；本实用新型可用于胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶分别模拟胃消化过程和小肠消化过程，并且本实用新型还可模拟大肠菌落环境对待消化产物的消化影响，从而模拟人体胃肠消化装置的整个过程更加全面。

Description

一种食物过敏原的模拟消化装置

技术领域

本实用新型属于一种模拟消化装置，具体涉及一种食物过敏原的模拟消化装置。

背景技术

研究食物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。因此，体外模拟消化至关重要。

实用新型内容

本实用新型提出一种食物过敏原的模拟消化装置，包括：消化瓶、盐酸瓶、氢氧化钠瓶、自动进样器、自动采样器、电加热恒温水罐、控制中心、温度传感器、pH传感器、磁力搅拌装置、两根回水管；所述消化瓶包括料液瓶、胃模拟瓶、小肠模拟瓶、大肠模拟瓶；所述料液瓶通过料液转移泵将其内部的消化液转移至胃模拟瓶，所述胃模拟瓶通过料液转移泵将其内部的消化液转移至小肠模拟瓶，所述小肠模拟瓶通过料液转移泵将其内部的液体转移至大肠模拟瓶；所述小肠模拟瓶内设有一透析袋；各消化瓶均为夹层瓶；所述自动进样器通过进料管分别给各消化瓶供料；所述自动采样器用于取出并盛放由胃模拟瓶、透析袋外的小肠模拟瓶、透析袋、大肠模拟瓶分别反应后的料液；所述各消化瓶与氢氧化钠和盐酸瓶之间设有酸碱调节泵；所述温度传感器及pH传感器分别用于检测各消化瓶内液体的温度及pH值，所述温度传感器及pH传感器的输出端分别与控制中心的输入端相连，所述控制中心的输出端分别与电加热恒温水罐、酸碱调节泵、料液转移泵、自动进样器、自动采样器相连；所述每根回水管的入水端设有两根回水支管，所述电加热恒温水罐通过其中一根回水管的两根回水支管连接在料液瓶及胃模拟瓶的夹层顶部，所述电加热恒温水罐通过另一根回水管的两根回水支管连接在小肠消化瓶及大肠消化瓶的夹层顶部；所述电加热恒温水罐通过进水管与各消化瓶的夹层底部相连。

进一步的，所述料液瓶为10ml，所述胃模拟瓶为20ml，所述小肠模拟瓶为30ml，所述大肠模拟瓶为40ml。

进一步的，所述进料管、回水管、回水支管、进水管为硅胶软管。

进一步的，所述酸碱调节泵为旋转陶瓷泵或微量泵。

进一步的，所述料液转移泵为调速型蠕动泵。

进一步的，该模拟消化装置还包括放置在各消化瓶内的转子。

进一步的，所述进料管上设有进料泵以及进料阀。

进一步的，所述进水管上设有进水泵以及进水阀。

进一步的，所述夹层瓶的内层材质为聚四氟乙烯，外层材质为玻璃。

进一步的，所述瓶塞为橡胶塞。

本实用新型相对于现有技术所具有的优点为：

1.本实用新型可用于胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶分别模拟胃消化过程和小肠消化过程，并且本实用新型还可模拟大肠菌落环境对待消化产物的消化影响，从而模拟人体胃肠消化装置的整个过程更加全面。

2.模拟消化装置中，各个消化瓶的pH、温度、搅拌强度都通过控制中心根据用户设置条件进行控制，排除了进行动物实验时由于动物年龄、性别、营养等外部条件造成的个体差异。反映过敏原等蛋白质在消化过程中的变化情况更加准确，同时相比动物实验，更加具备可重复性。该装置甚至可以模拟某些蛋白质类药物在人体消化道内的变化过程。

3.相比其他人体胃肠道模拟消化装置，本装置将模拟消化瓶小型化，每次消化待消化液量约10ml，非常适合于实验室等科研院所的小样本量的模拟消化过程，小剂量亦可有效减少酸、碱、酶的用量，更加节约。

4.由于具有自动进样器和自动采样器，该模拟消化装置可以实现多批次样品的处理。自动进样器依次吸取第一个样品所需的溶液进行模拟消化，然后自动采样器收集待消化液经模拟胃消化后的样品和模拟胃消化+模拟肠消化后的样品。接着自动进行管路冲洗，然后进行下一个样品的模拟消化和收集过程。

5.整个消化过程，除了待消化溶液、胃蛋白酶溶液、碳酸钠溶液、胰蛋白酶溶液、胰凝乳蛋白酶溶液、大肠菌群模拟液、NaOH溶液、HCl溶液需要人工配制外，pH的控制、温度的控制、待消化溶液的加入和输送、消化完毕溶液的分离提取及分装、管路全部由控制中心控制进行。实现了“自动进样、自动消化、自动分装”，极大的减少了实验人员的工作量。

附图说明

图1为本模拟消化装置的结构示意图；

图2为本模拟消化装置pH控制中心与各瓶的连接结构图；

图3为本模拟消化装置控温装置与各瓶的连接结构图；

图4为本模拟消化装置进出样装置与各瓶的连接结构图；

图5为模拟消化装置原理框图；

图6为自动进样器的结构。

如上各图，1-控制中心；2-NaOH输送管；3-HCl输送管；4-酸碱调节泵；5-盐酸瓶；6-氢氧化钠瓶；7-传感器；8-料液瓶；9-胃模拟瓶；10-小肠模拟瓶；11-大肠模拟瓶；12-瓶塞；13-电加热恒温水罐；14-回水管；15-进水泵；16-进水管；18-采样管；19-磁力搅拌装置；22-进料管；23-进料泵；24-转轴；25-摇臂；26-凹槽；27-自动进样器；28-自动采样器；29-透析袋；30-第一进料阀；31-第二进料阀；32-第三进料阀；33-第四进料阀；20-第一料液转移泵；34-第二料液转移泵；35-第三料液转移泵；36-第一采样泵；37-第二采样泵；38-第三采样泵；43-第四采样泵；39-第一进水阀；40-第二进水阀；41-第三进水阀；42-第四进水阀。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

参考图1-4，本实用新型提出一种可用于研究食物过敏原消化过程的模拟消化装置，其包括：消化瓶、0.1mol/L盐酸瓶5、0.05mol/L氢氧化钠瓶6、自动进样器27、自动采样器28、电加热恒温水罐13、控制中心1、温度传感器、pH传感器、磁力搅拌装置19、两根回水管14；所述消化瓶包括料液瓶8、胃模拟瓶9、小肠模拟瓶10、大肠模拟瓶11；所述料液瓶8通过第一料液转移泵20将其内部的液体转移至胃模拟瓶9，所述胃模拟瓶9通过第二料液转移泵34将其内部的液体转移至小肠模拟瓶10，所述小肠模拟瓶10通过第三料液转移泵35将其内部的液体转移至大肠模拟瓶11；所述小肠模拟瓶10内设有一透析袋29；各消化瓶均为夹层瓶；所述自动进样器27通过进料管22分别给各消化瓶供料；所述自动采样器28用于取出并盛放由胃模拟瓶9、透析袋29、透析袋外的小肠模拟瓶10内、大肠模拟瓶11分别反应后的料液；所述各消化瓶与氢氧化钠瓶6和盐酸瓶5之间设有酸碱调节泵4；所述温度传感器及pH传感器分别用于检测各消化瓶内液体的温度及pH值，所述温度传感器及pH传感器的输出端分别与控制中心1的输入端相连，所述控制中心1的输出端分别与电加热恒温水罐13、酸碱调节泵4、料液转移泵20、自动进样器27、自动采样器28相连；所述每根回水管14的入水端设有两根回水支管，所述电加热恒温水罐13通过一根回水管14的两根回水支管连接在料液瓶8及胃模拟瓶9的夹层顶部，所述电加热恒温水罐13通过另一根回水管14的两根回水支管连接在小肠消化瓶10及大肠消化瓶11的夹层顶部；所述电加热恒温水罐13通过进水管16出水端的四根进水支管连接在料液瓶、胃模拟瓶、小肠消化瓶及大肠消化瓶的夹层底部。

参考图6，本实用新型的自动进样器及自动采样器的结构均可以包括转盘以及机械臂，转盘上设有凹槽26，凹槽26内可放置有用于盛放液体的EP管；机械臂包括摇臂25以及转轴24。控制中心根据取样时间或采样时间控制进样器或采样器的转盘旋转及机械臂动作从而带动进料管及采样管移动，以实现进样器取样及采样器采样。另外采样器的结构也可以为包括试管架以及机械臂，只有机械臂动作以采样即可。进样器及采样器结构与现有技术中相同，在此不再赘述。

本装置由加热水罐输出的水由夹层瓶的底部进入各消化瓶，而由夹层瓶的顶部回流入水罐，水可以绕夹层瓶一周，保证了夹层瓶的保温效果，另外，本实用新型的回水管的入水口端分支出两根回水支管，使得胃模拟瓶与料液瓶共用一根回水管，小肠及大肠模拟瓶共用一根回水管；进水管出水端通过四根进水支管与料液瓶、胃模拟瓶、小肠消化瓶及大肠消化瓶连接，四个消化瓶共用一根进水管，节省材料，也简化了结构。

所述料液瓶为10ml，所述胃模拟瓶为20ml，所述小肠模拟瓶为30ml，所述大肠模拟瓶为40ml，非常适合于实验室等科研院所的小样本量的模拟消化过程。

进一步的，进料管22上设有进料泵23以及进料阀。所述进水管路上设有进水泵以及进水阀。进料管、回水管、回水支管、进水管、进水支管为硅胶软管，酸碱调节泵4为旋转陶瓷泵或微量泵。所述料液转移泵、进料泵、排液泵、进水泵为调速型蠕动泵。夹层瓶的内层材质为聚四氟乙烯，外层材质为玻璃，瓶塞为橡胶塞。该装置还包括放置在各消化瓶内的转子。

下面对本实施例工作原理做详细说明。

1.pH传感器

本实施例pH传感器的末端尽量靠近容器底部，但要高于转子旋转的高度，工作时以保证瓶内料液浸没传感器的探头。盐酸瓶和氢氧化钠瓶分别通过连接管与各消化瓶连接，通向各消化瓶的分支管均设有旋转陶瓷泵，旋转陶瓷泵与控制中心相连。pH传感器检测各消化瓶内消化液的H离子浓度值，将其传给控制中心，控制中心根据预设的数值与检测的数值进行比较，决定启动相应消化瓶的旋转陶瓷泵开闭、滴加速率，以一定速率向消化瓶内滴加氢氧化钠或盐酸，实现pH的调节。连接管为硬质管。

2.温度传感器

本实施例的电加热恒温水罐的顶部设置有加水口，恒温水沿进水管由水罐流出经一调速型蠕动泵加压，后沿各进水支管通向各消化瓶的夹层，各进水支管上设有进水阀。

工作时，控制中心控制打开调速型蠕动泵和相应进水阀，通过进水支管向各个消化瓶夹层中输送恒温水，热水被注入消化瓶的夹层瓶体中，并陆续通过回水支管和回水管返回电加热恒温水罐再次被加热，循环使用。温度传感器将采集到的温度数值传递至温度控制中心，控制中心根据用户预设温度和相应消化瓶内消化液实际温度决定加强/保持/停止电加热恒温水罐中的加热过程，结合各个进水支管水管线上的进水阀开闭，改变夹层瓶夹层中循环水的温度，实现相应模拟瓶中消化液的温度调节。

3.磁力搅拌

本实施例采用磁力搅拌的方式模拟胃肠道的蠕动过程。各个消化瓶中均加有转子，消化瓶下方设置磁力搅拌装置。磁力搅拌装置与控制中心相连。控制中心根据用户设定的搅拌强度设置磁力搅拌装置磁场变化速率，并将相应指令传送至磁力搅拌装置，磁力搅拌装置接受控制信号调节磁场变化速率进而改变转子转速。

4.消化液的转移

待消化的消化液从被吸入料液瓶到最终从大肠模拟瓶中被分装，以及消化液在消化瓶之间的转移采用自动进样器、自动集样器、调速型蠕动泵和硅胶软管实现。

首先根据消化需要配制一定浓度待消化溶液、胃蛋白酶溶液、碳酸钠溶液、胰蛋白酶溶液、胰凝乳蛋白酶溶液和大肠菌群模拟液，加入10ml EP管后按顺序分别放入自动进样器的相应凹槽中。

通过自动进样器转盘的旋转和机械臂的移动，使机械臂最前端的进料管移至待消化溶液管上方，接着插入10ml EP管，吸取待消化溶液至料液瓶中；经过一段时间后开启第一料液转移泵20将料液泵入胃模拟瓶9，然后打开第二进料阀，自动进样器吸取并输送胃蛋白酶溶液至胃模拟瓶，关闭第二进料阀进行模拟胃的消化；消化一段时间后，打开第二进料阀，自动进样器吸取碳酸钠离心管中的碳酸钠溶液至胃模拟瓶中，进行胃蛋白酶的灭活（终止胃消化）。接着，打开第二料液转移泵34，将胃模拟瓶中的消化产物泵入小肠模拟瓶，然后打开第三进料泵，自动进样器先后吸取胰蛋白酶溶液和胰凝乳蛋白酶溶液至小肠模拟瓶中，模拟小肠的消化过程。在模拟小肠消化的过程中，经过模拟胃消化的料液再经过胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶的消化作用产生的小分子物质，可以经过透析袋壁进入透析袋中。模拟小肠消化完成后，第三料液转移泵将完成模拟小肠消化的料液泵入大肠模拟瓶中，然后开启第四进水阀并关闭第一、第二及第三进水阀，调整恒温水浴装置急加热至温度90±0.5℃，通过进水管向大肠模拟瓶夹层中输入近沸水，模拟胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶灭活（终止小肠模拟消化）过程。90±0.5℃水浴5min后，控制装置调节恒温水温度为37±0.5℃，待大肠模拟瓶中液体温度达到预设温度时，开启第四进料阀关闭第一、第二及第三进料阀，吸取进样转盘凹槽里EP管中的大肠菌群模拟液，并注入大肠模拟瓶中，以基于大肠菌群为基础的模拟大肠消化。

小肠消化瓶内透析袋外消化液含有消化产生的大分子物质，而透析袋内的消化液主要含小分子物质。

最终大肠模拟瓶中消化完全的消化液由第三采样泵38从大肠模拟瓶中泵出；胃模拟瓶的消化液经第一采样泵36泵出；小肠模拟瓶的透析袋中消化液由第二采样泵37泵出；透析袋外的小肠模拟瓶中消化液由第四采样泵43泵出。上述消化液由自动采样器收集。具体的，通过控制中心控制相关调速型蠕动泵的开启实现液体吸取，相应消化瓶中各阶段的料液被提取出来，通过自动采样器转盘的旋转和机械臂的移动，将某消化阶段产生的半消化产物分别注入到圆盘上各凹槽里的离心管中，用于后续相关检测，如进行ELISA和小分子电泳等操作，探究过敏原蛋白在基质存在情况下模拟消化之后的致敏性。

此外，为了使得整个装置满足下次试验的进行，本装置还可以包括清洗设备，其也可由控制中心控制工作与否。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种食物过敏原的模拟消化装置，其特征在于，包括：消化瓶、盐酸瓶、氢氧化钠瓶、自动进样器、自动采样器、电加热恒温水罐、控制中心、温度传感器、pH传感器、磁力搅拌装置、两根回水管；所述消化瓶包括料液瓶、胃模拟瓶、小肠模拟瓶、大肠模拟瓶；所述料液瓶通过料液转移泵将其内部的消化液转移至胃模拟瓶，所述胃模拟瓶通过料液转移泵将其内部的消化液转移至小肠模拟瓶，所述小肠模拟瓶通过料液转移泵将其内部的液体转移至大肠模拟瓶；所述小肠模拟瓶内设有一透析袋；各消化瓶均为夹层瓶；所述自动进样器通过进料管分别给各消化瓶供料；所述自动采样器用于取出并盛放由胃模拟瓶、透析袋外的小肠模拟瓶、透析袋、大肠模拟瓶分别反应后的料液；所述各消化瓶与氢氧化钠和盐酸瓶之间设有酸碱调节泵；所述温度传感器及pH传感器分别用于检测各消化瓶内液体的温度及pH值，所述温度传感器及pH传感器的输出端分别与控制中心的输入端相连，所述控制中心的输出端分别与电加热恒温水罐、酸碱调节泵、料液转移泵、自动进样器、自动采样器相连；所述每根回水管的入水端设有两根回水支管，所述电加热恒温水罐通过其中一根回水管的两根回水支管连接在料液瓶及胃模拟瓶的夹层顶部，所述电加热恒温水罐通过另一根回水管的两根回水支管连接在小肠消化瓶及大肠消化瓶的夹层顶部；所述电加热恒温水罐通过进水管与各消化瓶的夹层底部相连。

2.根据权利要求1所述的一种食物过敏原的模拟消化装置，其特征在于，所述料液瓶为10ml，所述胃模拟瓶为20ml，所述小肠模拟瓶为30ml，所述大肠模拟瓶为40ml。

3.根据权利要求1所述的一种食物过敏原的模拟消化装置，其特征在于，所述进料管、回水管、回水支管、进水管为硅胶软管。

4.根据权利要求2所述的一种食物过敏原的模拟消化装置，其特征在于，所述酸碱调节泵为旋转陶瓷泵或微量泵。

5.根据权利要求3所述的一种食物过敏原的模拟消化装置，其特征在于，所述料液转移泵为调速型蠕动泵。

6.根据权利要求4所述的一种食物过敏原的模拟消化装置，其特征在于，该模拟消化装置还包括放置在各消化瓶内的转子。

7.根据权利要求5所述的一种食物过敏原的模拟消化装置，其特征在于，所述进料管上设有进料泵以及进料阀。

8.根据权利要求6所述的一种食物过敏原的模拟消化装置，其特征在于，所述进水管上设有进水泵以及进水阀。

9.根据权利要求7所述的一种食物过敏原的模拟消化装置，其特征在于，所述夹层瓶的内层材质为聚四氟乙烯，外层材质为玻璃。

10.根据权利要求8所述的一种食物过敏原的模拟消化装置，其特征在于，所述夹层瓶具有瓶塞，所述瓶塞为橡胶塞。