本發明專利技術提供一種固液氣三相分流式瘤胃模擬連續發酵系統，其特征在于：包括：發酵罐體(a)、攪拌裝置(b)、排液閥(c)、排固裝置(d)、注射泵(e)、計算機(f)、CH4、CO2檢測儀(j)。通過該發酵系統，可實現發酵罐體內發酵所產生的固相、液相和氣相產物可以高效分離，分別進入排固裝置、排液閥和CH4、CO2檢測儀。通過相應的計量手段就可實現反應排出的三相產物的精確計量，從而方便對不同飼料發酵反應效果進行深入研究。同時，由于設計有不斷對發酵罐體補入緩沖液的注射泵，從而解決了現有靜態發酵裝置不能實現連續發酵的缺點。并且，該系統整個控制過程全部可以由計算機進行高程度的自動化控制。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及反芻動物營養研究
，特別是涉及一種用于模擬牛、羊等反芻動物瘤胃發酵的固相、液相、氣相三相分流式排放的連續發酵系統及其發酵方法。
技術介紹
反芻動物瘤胃的消化，主要依靠棲居在瘤胃中的各種微生物和原生動物對日糧中的各種成分的分解和發酵，研究證明，飼料中的干物質約40% 80%在瘤胃中消化，其中 80%為碳水化合物；約有60% 80%的有機物，10% 100%的粗脂肪也在瘤胃中消化，而總能量的23% 87%也在瘤胃中消化。尤其是飼料中的粗纖維，約90%在瘤胃內發酵，僅約10%在大腸消化，半纖維素很少或未發現在瘤胃后消化的。瘤胃作為一個生物發酵罐，應當具備適宜于種群復雜、數量巨大的瘤胃微生物在其中生長繁殖的條件，這些條件隨著微生物的生長繁殖會發生相應變化。但是，微生物的生存環境，包括營養物質、溫度、酸堿度等又要求相對穩定，因此，瘤胃內各種環境因素又必須隨時處于嚴密的調控之中。目前，研究瘤胃的方法主要有三種，分別為體內法、半體內法和體外法。體內法是指在動物的左臁部瘤胃背囊處安裝永久性瘤胃瘺管，通過瘺管采集瘤胃內容物樣品進行微生物學研究或飼料營養價值的評定。體內法研究一直是測定飼料營養價值最常用的方法，但是它存在試驗周期長，環境條件不易控制等缺點，這使得該方法不適用于大規模的飼料評定，只能作為一種參比方法。半體內法主要是指尼龍袋法，該方法是直接將飼料樣品裝入尼龍袋中，通過瘤胃瘺管懸置于瘤胃中測定飼料營養成分的消化情況。該法被廣泛應用于評價飼料在瘤胃中的降解程度，但該法需要帶瘺管的反芻動物，其測定結果受多種外界因素影響，導致測定結果變異較大。體外法是指采集新鮮瘤胃食糜或瘤胃液， 在模擬瘤胃條件的裝置中進行微生物培養，所以又稱人工瘤胃法，相對于體內法、半體內法來說，體外法具有操作簡單、省時省力、環境條件容易控制、重復性好等特點，并且，它可以在較短時間內測定大量的飼料樣品。該法適合于實驗室的常規分析，這對于日趨復雜的現代反芻動物營養學研究來說顯得尤為重要。目前，典型的體外法主要有批次培養法和連續培養法。批次培養法是將微生物接種物和發酵底物一次性加入發酵容器里，經一定時間培養后，在固定時間內結束培養，故又屬于靜態發酵，該法由于不能實現底物和產物的分離， 導致瘤胃發酵環境發生改變，因此不適合于長期體外模擬發酵試驗。批次培養法主要有兩階段法、產氣法和簡單消化法等。然而，體外連續培養法實現了底物(飼料)和緩沖液的連續進入和食糜(固相和液相)的連續排出，因而更加接近活體內瘤胃發酵情況，相比于批次培養法來說具有更準確的模擬瘤胃內環境的優點。目前國際上應用較廣的體外連續培養系統主要有單外流連續培養系統和雙外流連續培養系統。單外流是指消化食糜固相和液相均以相同速度外流的系統；而雙外流是將消化糜固相和液相外流速度分別加以控制的系統。單外流連續體外發酵裝置的典型代表的特點是把被測日糧放入尼龍袋中，再把尼龍袋放入發酵罐內供微生物降解，但該裝置沒有考慮瘤胃內的固相和液相外流速度不同的情況，而且產氣量的測定存在較大誤差。雙外流連續體外發酵裝置的典型代表為連續培養裝置，該裝置依靠發酵罐內的過濾膜保持固體外流速度和液體外流速度的不同，通過持續向發酵罐內通入C02維持發酵罐內的厭氧環境， 但是該裝置無法準確區分已發酵和剛投入的飼料，無法測定單一飼料的消化率。隨后，美國明尼蘇達大學的Harmah等人設計了一套連續培養裝置，該裝置雖然實現了氣、液、固相的分離，并采用了磁力攪拌系統和內部加熱方式，但是排出的固相食糜中液體居多，依然不能很好的將液相與固相分開，而且采用的是內加熱的方式，存在著加熱不勻的現象。目前，瘤胃模擬技術的應用范圍包括纖維素消化及其影響因素；非蛋白氮的應用；瘤胃微生物的新陳代謝及其影響因素；反芻動物飼料的營養價值評定；瘤胃發酵動力學研究；瘤胃微生物及其與宿主間的共生關系；極端情況(如高精料，高稀釋率)下瘤胃的發酵情況；藥物和能源開發研究(如產甲烷菌)等。活體外研究方法的優越性使得人們越來越重視瘤胃模擬技術的運用。但是，由于影響人工瘤胃模擬技術的因素很多，如PH，稀釋率，攪拌速率，飼喂量，飼喂頻率等。因此，控制好體外發酵條件對試驗結果的可靠性和科學性至關重要。而且人工瘤胃裝置需要長時間的連續工作，整個過程中需要實時補液，實時收集發酵時產生的氣體，持續攪拌，定時添加飼料，采集液體、固體樣品，因此工作繁重，需要占用大量人力。
技術實現思路
本專利技術的目的在于解決現有技術中存在的問題，提供一種用于模擬牛、羊等反芻動物瘤胃發酵的固相、液相、氣相三相分流式排放的連續發酵系統及其發酵方法。本專利技術的目的是通過下述技術方案予以實現的一種固液氣三相分流式瘤胃模擬連續發酵系統，包括發酵罐體a、攪拌裝置b、排液閥C、排固裝置d、注射泵e、計算機f、CH4, CO2檢測儀j ；所述發酵罐體a由罐體體部3和發酵罐蓋2蓋合密封構成；該發酵罐體a外壁采用雙層結構，兩層之間夾有保溫水層7 ；在該發酵罐體a外壁的下側設有保溫水入口 10，上側設有保溫水出口 4 ；所述攪拌裝置b安裝在發酵罐蓋2上，置于罐體體部3內；在發酵罐體a的側壁上開設有溢流管14，用以排出溢流液；在溢流管14內設有濾筒12，在溢流管14 上向下方開設有溢流管支管13 ；發酵罐體a通過該溢流管支管13與排液閥c相連通；在發酵罐蓋2上還設有排氣口 17與排液閥c相連通；該發酵罐體a上部為圓柱形，底部為錐形， 圓柱形罐體的底部水平安裝有篩網8 ；在該底部錐形的底端開設有固相食糜出口 9，通過球閥與排固裝置d相通；在發酵罐體a上開設有緩沖液入口 11，通過該緩沖液入口 11與所述注射泵e相連通；在發酵罐蓋2上還設有檢氣口 18，用以與CH4、CO2檢測儀j相連通；在發酵罐蓋2上還設有進氣口 19和飼料入口 1 ；該進氣口 19用以向發酵罐體a內注入氣體；該飼料入口 1用以向發酵罐體a內投放飼料；在該發酵罐體a的側壁上開設有溫度探測口 5 和PH值探測口 6，分別插入溫度探頭i和pH探頭h ；所述攪拌裝置b包括電機21、聯軸器20和槳葉22 ；所述電機21通過聯軸器20 的傳動，帶動槳葉22轉動；所述排液閥C，用以排出流入的溢流液；所述排固裝置d，用以排出流入的固相食糜；所述注射泵e，用以通過緩沖液入口 11向發酵罐體a內注入緩沖液；所述計算機f至少包括信號采集部分和程序控制部分；該信號采集部分與CH4、C02 檢測儀j、溫度探頭i和PH探頭h相連接，用以接收其采集獲得的信號數據；該程序控制裝置與攪拌裝置b、注射泵e和CH4、CO2檢測儀j相連接，用以控制其進行工作；所述CH4、CO2檢測儀j，用以檢測輸入氣體中CH4、CO2的含量。所述排液閥c由閥體31和閥蓋M蓋合密封構成；該排液閥c外壁采用雙層結構， 兩層之間夾有冷卻水層32 ；在該排液閥c外壁的下側設有冷卻水入口 29，上側設有冷卻水出口 23 ；在閥蓋M上設有進液口 26，用以與所述溢流管支管13相連通；在閥蓋M上還設有排液口 27 ；該排液口 27受置于排液閥c內的浮球杠桿30控制打開或關閉；在閥蓋M上還設有進氣口 25與發酵罐體a的排氣口 17相連通；在閥蓋M的底側還開設有排污口 28。所述排固裝置d由閥體34和活塞33構成本文檔來自技高網...
【技術保護點】
１．一種固液氣三相分流式瘤胃模擬連續發酵系統，其特征在于：包括：發酵罐體（ａ）、攪拌裝置（ｂ）、排液閥（ｃ）、排固裝置（ｄ）、注射泵（ｅ）、計算機（ｆ）、ＣＨ４、ＣＯ２檢測儀（ｊ）；所述發酵罐體（ａ）由罐體體部（３）和發酵罐蓋（２）蓋合密封構成；該發酵罐體（ａ）外壁采用雙層結構，兩層之間夾有保溫水層（７）；在該發酵罐體（ａ）外壁的下側設有保溫水入口（１０），上側設有保溫水出口（４）；所述攪拌裝置（ｂ）安裝在發酵罐蓋（２）上，置于罐體體部（３）內；在發酵罐體（ａ）的側壁上開設有溢流管（１４），用以排出溢流液；在溢流管（１４）內設有濾筒（１２），在溢流管（１４）上向下方開設有溢流管支管（１３）；發酵罐體（ａ）通過該溢流管支管（１３）與排液閥（ｃ）相連通；在發酵罐蓋（２）上還設有排氣口（１７）與排液閥（ｃ）相連通；該發酵罐體（ａ）上部為圓柱形，底部為錐形，圓柱形罐體的底部水平安裝有篩網（８）；在該底部錐形的底端開設有固相食糜出口（９），通過球閥與排固裝置（ｄ）相通；在發酵罐體（ａ）上開設有緩沖液入口（１１），通過該緩沖液入口（１１）與所述注射泵（ｅ）相連通；在發酵罐蓋（２）上還設有檢氣口（１８），用以與ＣＨ４、ＣＯ２檢測儀（ｊ）相連通；在發酵罐蓋（２）上還設有進氣口（１９）和飼料入口（１）；該進氣口（１９）用以向發酵罐體（ａ）內注入氣體；該飼料入口（１）用以向發酵罐體（ａ）內投放飼料；在該發酵罐體（ａ）的側壁上開設有溫度探測口（５）和ｐＨ值探測口（６），分別插入溫度探頭（ｉ）和ｐＨ探頭（ｈ）；所述攪拌裝置（ｂ）包括：電機（２１）、聯軸器（２０）和槳葉（２２）；所述電機（２１）通過聯軸器（２０）的傳動，帶動槳葉（２２）轉動；所述排液閥（ｃ），用以排出流入的溢流液；所述排固裝置（ｄ），用以排出流入的固相食糜；所述注射泵（ｅ），用以通過緩沖液入口（１１）向發酵罐體（ａ）內注入緩沖液；所述計算機（ｆ）至少包括信號采集部分和程序控制部分；該信號采集部分與ＣＨ４、ＣＯ２檢測儀（ｊ）、溫度探頭（ｉ）和ｐＨ探頭（ｈ）相連接，用以接收其采集獲得的信號數據；該程序控制裝置與攪拌裝置（ｂ）、注射泵（ｅ）和ＣＨ４、ＣＯ２檢測儀（ｊ）相連接，用以控制其進行工作；所述ＣＨ４、ＣＯ２檢測儀（ｊ），用以檢測輸入氣體中ＣＨ４、ＣＯ２的含量。...
【技術特征摘要】
...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王加啟，沈維軍，姜雅慧，陳強，周凌云，楊紅建，卜登攀，安朋朋，徐俊，
申請(專利權)人：中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所，
類型：發明
國別省市：11
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