[发明专利]一种恒化器及其肠道菌群的生长调节方法

说明书

技术领域

本发明属于微生物菌液培养技术领域，具体涉及一种恒化器及其肠道菌群的生长调节方法。

背景技术

恒化器是一种微生物连续培养器，它通过调节培养基的流速控制微生物生长繁殖与代谢速度，并保持培养基的化学环境恒定。微生物的连续培养是相对于分批培养而言的。连续培养是指在深入研究分批培养中生长曲线形成的内在机制的基础上，开放培养系统，不断补充营养液、解除抑制因子、优化生长代谢环境的培养方式。由于培养系统的相对开放性，因此，连续培养也称为开放培养。恒化连续培养往往控制微生物在低于最高生长速率的条件下生长繁殖，它是研究微生物生长、繁殖、产物代谢规律和基因表达与调控机理的重要技术手段。

目前的恒化器的酸碱pH调控系统、补料系统、反应系统、出料及取样系统和进气系统的设置比较复杂，使用不方便，只针对筛选琥珀酸突变菌。由于肠道菌群菌种的复杂性和对条件的敏感性，目前，尚没有一种适合肠道菌群培养的恒化器装置及方法。同时微生物恒化培养是一个复杂的生化反应过程，它受到微生物生长代谢生理、基质浓度、环境等诸多因素的影响。生物量守恒定律是微生物恒化培养模型建模的基本原理，现有的肠道菌群恒化器模型主要考虑了培养基的消耗与菌群的生长过程，忽略了菌群营养存储过程和肠道壁对菌群的吸附作用。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种恒化器及其肠道菌群的生长调节方法，模拟菌群营养存储过程以及肠道壁对菌群的吸附作用，从而更加准确的揭示肠道菌群连续恒化培养过程的内在机理和规律。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种恒化器，包括营养液储备器，所述的营养液储备器依次连接有蠕动泵、培养器和溢出器；

所述的蠕动泵连接有控制系统，所述的控制系统连接在电源上，所述的控制系统连接有电机的一端，所述的电机的另一端连接有搅拌叶，所述的搅拌叶置于培养器中；

所述的培养器中设有无菌空气管和空气过滤器，空气过滤器置于培养器外的一端设有取样口，培养器和溢出器之间的管道上设有排液阀；所述的控制系统还连接有温度传感器和pH值传感器，所述的温度传感器和pH值传感器均伸入培养器中液体液面以下。

恒化器的两种群肠道菌群的生长调节方法，所述的两种群为浮游细菌菌群和附着细菌菌群，包括以下步骤：

步骤一：计算培养液的输入率、输出率和肠道菌群的输出率；

培养液的输入率为D₀*S⁰，培养液的输出率为D*S(t)，菌群的输出率为D*u(t)；

其中，S⁰为培养液的初始输入浓度，mol·L^-1，

S(t)为t时刻培养液的浓度，mol·L^-1，

D为培养液输出到溢出器的速率，D＝D₀，day^-1,

u(t)为t时刻肠道菌群的浓度，mol·L^-1；

步骤二：计算肠道菌群对培养液的吸收率；

单位菌群对培养液的吸收率表示为：

其中，i＝1,2，i＝1表示浮游细菌，i＝2表示附着细菌，

k_i为i的半饱和常数，

Q_i(t)为t时刻i的细胞配额，mol·cell^-1

Q_max,i为i的最大细胞配额，mol·cell^-1，

Q_min,i为i的最小细胞配额，mol·cell^-1，

ρ_max,i为i肠道菌群的最大消耗率，mol·cell^-1·day^-1；

步骤三：计算菌群细胞对培养液的消耗率；

浮游细菌对培养液总的消耗为：附着细菌对培养液总的消耗为：

其中，u(t)为t时刻浮游细菌浓度，mol·L^-1，

ν(t)为t时刻附着细菌浓度，mol·L^-1；

γ₁为浮游细菌的消耗率，γ₂为附着细菌的消耗率；

步骤四：计算单位菌群的增长率；