[發(fā)明專利]一種恒化器及其腸道菌群的生長調(diào)節(jié)方法

有效

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• 申請日: 2016-12-05
• 公開（公告）號: CN106591111B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 聶華;劉剛
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西師范大學(xué)
• 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(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所61216
• 代理人: 王芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微生物菌液培養(yǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種恒化器及其腸道菌群的生長調(diào)節(jié)方法。

背景技術(shù)

恒化器是一種微生物連續(xù)培養(yǎng)器，它通過調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的流速控制微生物生長繁殖與代謝速度，并保持培養(yǎng)基的化學(xué)環(huán)境恒定。微生物的連續(xù)培養(yǎng)是相對于分批培養(yǎng)而言的。連續(xù)培養(yǎng)是指在深入研究分批培養(yǎng)中生長曲線形成的內(nèi)在機(jī)制的基礎(chǔ)上，開放培養(yǎng)系統(tǒng)，不斷補(bǔ)充營養(yǎng)液、解除抑制因子、優(yōu)化生長代謝環(huán)境的培養(yǎng)方式。由于培養(yǎng)系統(tǒng)的相對開放性，因此，連續(xù)培養(yǎng)也稱為開放培養(yǎng)。恒化連續(xù)培養(yǎng)往往控制微生物在低于最高生長速率的條件下生長繁殖，它是研究微生物生長、繁殖、產(chǎn)物代謝規(guī)律和基因表達(dá)與調(diào)控機(jī)理的重要技術(shù)手段。

目前的恒化器的酸堿pH調(diào)控系統(tǒng)、補(bǔ)料系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、出料及取樣系統(tǒng)和進(jìn)氣系統(tǒng)的設(shè)置比較復(fù)雜，使用不方便，只針對篩選琥珀酸突變菌。由于腸道菌群菌種的復(fù)雜性和對條件的敏感性，目前，尚沒有一種適合腸道菌群培養(yǎng)的恒化器裝置及方法。同時(shí)微生物恒化培養(yǎng)是一個(gè)復(fù)雜的生化反應(yīng)過程，它受到微生物生長代謝生理、基質(zhì)濃度、環(huán)境等諸多因素的影響。生物量守恒定律是微生物恒化培養(yǎng)模型建模的基本原理，現(xiàn)有的腸道菌群恒化器模型主要考慮了培養(yǎng)基的消耗與菌群的生長過程，忽略了菌群營養(yǎng)存儲(chǔ)過程和腸道壁對菌群的吸附作用。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種恒化器及其腸道菌群的生長調(diào)節(jié)方法，模擬菌群營養(yǎng)存儲(chǔ)過程以及腸道壁對菌群的吸附作用，從而更加準(zhǔn)確的揭示腸道菌群連續(xù)恒化培養(yǎng)過程的內(nèi)在機(jī)理和規(guī)律。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種恒化器，包括營養(yǎng)液儲(chǔ)備器，所述的營養(yǎng)液儲(chǔ)備器依次連接有蠕動(dòng)泵、培養(yǎng)器和溢出器；

所述的蠕動(dòng)泵連接有控制系統(tǒng)，所述的控制系統(tǒng)連接在電源上，所述的控制系統(tǒng)連接有電機(jī)的一端，所述的電機(jī)的另一端連接有攪拌葉，所述的攪拌葉置于培養(yǎng)器中；

所述的培養(yǎng)器中設(shè)有無菌空氣管和空氣過濾器，空氣過濾器置于培養(yǎng)器外的一端設(shè)有取樣口，培養(yǎng)器和溢出器之間的管道上設(shè)有排液閥；所述的控制系統(tǒng)還連接有溫度傳感器和pH值傳感器，所述的溫度傳感器和pH值傳感器均伸入培養(yǎng)器中液體液面以下。

恒化器的兩種群腸道菌群的生長調(diào)節(jié)方法，所述的兩種群為浮游細(xì)菌菌群和附著細(xì)菌菌群，包括以下步驟：

步驟一：計(jì)算培養(yǎng)液的輸入率、輸出率和腸道菌群的輸出率；

培養(yǎng)液的輸入率為D₀*S⁰，培養(yǎng)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(yǎng)液的初始輸入濃度，mol·L^-1，

S(t)為t時(shí)刻培養(yǎng)液的濃度，mol·L^-1，

D為培養(yǎng)液輸出到溢出器的速率，D＝D₀，day^-1,

u(t)為t時(shí)刻腸道菌群的濃度，mol·L^-1；

步驟二：計(jì)算腸道菌群對培養(yǎng)液的吸收率；

單位菌群對培養(yǎng)液的吸收率表示為：

其中，i＝1,2，i＝1表示浮游細(xì)菌，i＝2表示附著細(xì)菌，

k_i為i的半飽和常數(shù)，

Q_i(t)為t時(shí)刻i的細(xì)胞配額，mol·cell^-1

Q_max,i為i的最大細(xì)胞配額，mol·cell^-1，

Q_min,i為i的最小細(xì)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(jì)算菌群細(xì)胞對培養(yǎng)液的消耗率；

浮游細(xì)菌對培養(yǎng)液總的消耗為：附著細(xì)菌對培養(yǎng)液總的消耗為：

其中，u(t)為t時(shí)刻浮游細(xì)菌濃度，mol·L^-1，

ν(t)為t時(shí)刻附著細(xì)菌濃度，mol·L^-1；

γ₁為浮游細(xì)菌的消耗率，γ₂為附著細(xì)菌的消耗率；

步驟四：計(jì)算單位菌群的增長率；