[發明專利]一種恒化器及其腸道菌群的生長調節方法

有效

• 申請號: 201611104323.0
• 申請日: 2016-12-05
• 公開（公告）號: CN106591111B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 聶華;劉剛
• 申請（專利權）人: 陜西師范大學
• 主分類號: C12M1/38
• 分類號: C12M1/38;C12M1/36;C12M1/34;C12M1/12;C12M1/04;C12M1/02;C12M1/00;C12N1/20
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所61216
• 代理人: 王芳

1.一種恒化器的腸道菌群的生長調節方法，所述的腸道菌群為浮游細菌菌群和附著細菌菌群，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：計算培養液的輸入率、輸出率和腸道菌群的輸出率；

培養液的輸入率為D_0*S⁰，培養液的輸出率為D_*S(t)，菌群的輸出率為D_*u(t)；

其中，S⁰為培養液的初始輸入濃度，mol·L^-1，

S(t)為t時刻培養液的濃度，mol·L^-1，

D為培養液輸出到溢出器的速率，D＝D₀，day^-1，

u(t)為t時刻腸道菌群的濃度，mol·L^-1；

步驟二：計算腸道菌群對培養液的吸收率；

單位菌群對培養液的吸收率表示為：

fi(S,Qi)=ρi(Qi)S(t)ki+S(t)---(1)]]>

ρi(Qi)=ρmax,iQmax,i-Qi(t)Qmax,i-Qmin,i---(2)]]>

其中，i＝1,2，i＝1表示浮游細菌，i＝2表示附著細菌，

k_i為i的半飽和常數，

Q_i(t)為t時刻i的細胞配額，mol·cell^-1，

Q_max,i為i的最大細胞配額，mol·cell^-1，

Q_min,i為i的最小細胞配額，mol·cell^-1，

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

步驟三：計算菌群細胞對培養液的消耗率；

浮游細菌對培養液總的消耗為：附著細菌對培養液總的消耗為：

其中，u(t)為t時刻浮游細菌濃度，mol·L^-1，

ν(t)為t時刻附著細菌濃度，mol·L^-1；

γ₁為浮游細菌的消耗率，γ₂為附著細菌的消耗率；

步驟四：計算單位菌群的增長率；

μi(Qi)=μmax,i(Qi(t)-Qmin,i)+ki+(Qi(t)-Qmin,i)+---(3)]]>

其中，μ_max,i為i菌群的最大生長率，day^-1，

(Q_i(t)-Q_min,i)₊是函數(Q_i(t)-Q_min,i)的正部；

步驟五：建立兩種群腸道菌群的生長模型；

培養液濃度的變化率：

dS(t)dt=D*(S0-S(t))-1γ1*u(t)*f1(S,Q1)-1γ2*v(t)*f2(S,Q2)---(4)]]>

浮游細菌濃度的變化率：

du(t)dt=μ1(Q1)*u(t)-D*u(t)-α*u(t)+β*v(t)---(5)]]>

浮游細菌細胞配額的變化率：

dQ1(t)dt=f1(S,Q1)-μ1(Q1)*Q1(t)---(6)]]>

附著細菌濃度的變化率：

dv(t)dt=μ2(Q2)*v(t)-D*v(t)+α*u(t)-β*v(t)---(7)]]>

附著細菌細胞配額的變化率：

dQ2(t)dt=f2(S,Q2)-μ2(Q2)*Q2(t)---(8)]]>

其中，α為浮游細菌吸附到腸道壁上的概率，0＜α＜1，β為附著細菌游離于腸道壁的概率，0＜β＜1，α和β的大小取決于培養器壁的光滑程度，培養器壁越光滑，α越小，β越大；

步驟六：根據步驟五所得的兩種群腸道菌群生長模型，通過改變營養液輸入到培養器的速率、培養液輸出到溢出器中的速率和培養器壁的光滑程度來控制兩種群腸道菌群的增長率；培養液輸出到溢出器中的速率越大，培養器壁越粗糙，腸道菌群即浮游細菌的增長率越小。