[发明专利]一种模拟结肠环境的发酵系统以及发酵方法

说明书

本发明涉及一种模拟结肠环境的发酵系统及该系统的模拟发酵方法，属于仿生学、人体生理学、微生物学、有机化学领域。包括肠道菌群定植系统、pH控制系统、气路系统、流速控制系统、温度及搅拌控制系统；一种模拟结肠环境的发酵方法，其特征在于：包括控制参数设置、肠道菌群定植、模拟发酵，三个主要的工作内容。本发明的人体模拟结肠发酵系统，及基于该系统的模拟试验方法，实现了离体条件下模拟人体结肠部分微生物的发酵过程。模拟逼真，具有良好的平行性、稳定性和可重复性。

技术领域

本发明属于仿生学、人体生理学、微生物学、有机化学领域。本发明涉及一种模拟结肠环境发酵系统及基于该系统的模拟发酵方法，具体地说，是涉及离体条件下通过粪便细菌定植，更换不同改良培养基，模拟结肠环境，模拟发酵的方法。

背景技术

由于动物实验会对受试动物产生极大的痛苦，世界各国的科学家都在尝试制作各种结肠发酵模拟器来代替动物实验，主要有reading模型，其原理是将无菌培养基加入代表近端结肠（pH5.5）的容器1中，并顺序加入容器2和3中，分别模拟横结肠（pH 6.2）和远端结肠（pH 6.8）。使用2M NaOH通过外部pH控制器控制pH。优点是大肠/结肠是由三个具有独特的pH和发酵活性的区域组成，即近端结肠、横结肠和远端结肠。因此，多隔室系统优化了结肠不同区域的特定条件下微生物群的生长。不足是反应器中接种粪便混悬液与接种结肠内容物相比细菌细胞密度降低。此外，自由漂浮的细菌细胞系统并不代表在结肠中的浮游和静止状态。SHIME ,TWIN SHIME模型，原理是模拟完整肠道，通过整合上消化道条件，形成五个连续的隔室模拟胃和十二指肠、小肠（空肠和回肠）、升结肠、横结肠和降结肠。一个重要的技术方面是系统的稳定性，可以在2-3周后达到。优点是SHIME通过添加粘蛋白覆盖的微生态系统（其每日替换以模拟粘液层的更新）合成粘膜环境。这种被称为粘膜-SIME（M-SHIME）的模型不仅可以模拟悬浮的肠道微生物，而且还能模拟附着于表面的肠道微生物和粘蛋白降解群落。缺点是造价高昂，对操作人员要求较高。TIM-2模型，原理是在SHIMI等模型上添加了蠕动混合和模拟摄取代谢产物的透析膜，优点是TIM-2具有独特的蠕动混合和透析系统，可以达到生理代谢物浓度。不足是缺乏宿主反应。PolyFermS模型，原理是通过将新鲜的粪便微生物群被收集在凝胶珠中，并从外围层释放细菌进入发酵培养基之前倍增达到高密度和较长稳定的发酵时间，优点是这种新方法在长达80天的运行时间内显着改善了体系的细菌密度，增加了系统的稳定性，不足是这种模式的主要局限性在于缺乏透析和缺乏宿主反应。而且，这样的系统需要专有技术和使用昂贵的设备，因此这一种低产量的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟结肠环境的发酵系统以及发酵方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种模拟结肠环境的发酵系统，包括肠道菌群定植系统、pH控制系统、气路系统、流速控制系统、温度及搅拌控制系统；

肠道菌群定植系统包括一级发酵罐、通过管路同一级发酵罐连通的若干二级发酵罐，管路上设置蠕动泵；一级发酵罐通过管路与氮气钢瓶连通；二级发酵罐的出料孔通过设置蠕动泵的管路与产物收集瓶连通；

二级发酵罐设置模拟肠液培养基补料系统，培养基补料系统的补料瓶通过管路与二级发酵罐相连并在管路上设置单向阀和蠕动泵；补料瓶还与一级发酵罐连通；

二级发酵罐设置模拟肠液改良培养基补料系统，模拟肠液改良培养基补料系统的培养基放置于改良培养基罐体内并且通过管路与二级发酵罐连通，在管路上设置单向阀和蠕动泵；

一级发酵罐还通过管路与流通池连通，工业在线pH计测量流经流通池的液体；一级发酵罐通过具有蠕动泵的管路同pH补料瓶连通；

二级发酵罐设置与氮气钢瓶连通的进气管路并且在进气管路上设置流量计、单向阀，二级发酵罐还设置排气管路；

温度及搅拌控制系统为带磁力搅拌的恒温水浴锅。