人体体外肠胃消化模拟设备

北京佳德精密科技有限公司

人体体外肠胃消化模拟设备通过精确模拟胃肠道环境，在多个领域展现出重要应用价值。以下是其主要应用领域及具体场景：

一、食品科学与营养学

1. 食品消化率评估

• 测试蛋白质、碳水化合物、脂肪等营养成分的分解效率，优化食品配方以提高生物利用率。

• 研究功能性食品（如益生元、膳食纤维）对肠道菌群的调节作用，促进短链脂肪酸生成。

2. 食品安全与毒理学研究

• 分析食品中重金属、农药残留等有害物质的生物可及性，评估其对人体的潜在风险。

• 检测转基因食品或新型食品添加剂在消化过程中的稳定性与安全性。

3. 特殊人群食品开发

• 婴幼儿配方食品测试：模拟婴儿胃酸（pH 4.0-5.0）及肠道环境，评估营养物质的释放特性与微生物存活情况。

• 针对乳糖不耐受、胃酸缺乏等病理条件，设计低致敏或易消化食品。

二、制药与医疗领域

1. 药物研发与评价

• 评估口服药物在胃肠道的释放速率、稳定性及生物利用度，优化控释剂型（如肠溶片）的设计。

• 研究药物与食物的相互作用（如抗生素对肠道菌群的影响），指导临床用药方案。

2. 疾病机制研究

• 模拟病理环境（如低胃酸、炎症性肠病），探究营养吸收障碍与疾病发展的关联。

• 评估益生菌制剂在胃肠道中的定植效果及其对菌群失调的修复作用。

三、生物技术与微生物学

1. 肠道微生物研究

• 模拟厌氧环境，研究肠道菌群代谢产物（如短链脂肪酸、维生素）的生成机制。

• 评估益生菌、益生元及合生元对菌群多样性的调控效果。

2. 酶制剂开发

• 筛选高效消化酶（如脂肪酶、淀粉酶），优化复合酶制剂的配伍比例及添加剂量。

四、环境与毒理学

1. 污染物代谢分析

• 研究微塑料、有机污染物在消化系统中的迁移转化规律，评估其对人体的长期毒性。

五、动物科学与饲料工业

1. 饲料营养价值评价

• 测定饲料原料的体外消化率，建立精准的动物营养数据库。

• 筛选促进消化的饲料添加剂（如酸化剂、酶制剂），优化配方以提升饲养效率。

六、临床与个性化医疗

1. 个性化营养方案制定

• 结合患者肠道菌群特征，模拟不同饮食方案的消化吸收效果，提供定制化营养建议。

核心优势

• 优势：

• 降低实验成本与时间，避免伦理限制及活体实验的个体差异。

• 支持多参数实时监测（pH、温度、氧气浓度）及定点取样，数据重复性高

一、基础功能模块

1. 多阶段消化模拟

• 口腔阶段：

• 机械破碎：通过可调速搅拌器模拟咀嚼（转速范围：50-200 rpm）。

• 酶解反应：添加人工唾液（含α-淀粉酶，pH 6.5-7.0，温度37℃）。

• 胃阶段：

• 动态pH调控：从初始pH 4.0逐步降至1.5（模拟胃酸分泌）。

• 蠕动模拟：周期性收缩装置（频率3次/分钟）促进混合与消化。

• 酶补充：自动注入胃蛋白酶（浓度1-3 mg/mL）。

• 小肠阶段：

• 分步消化：十二指肠（pH 6.0-7.0，胰酶+胆汁）、回肠（pH 7.0-8.0，刷状缘酶）。

• 营养吸收模拟：半透膜系统分离消化产物（分子量截留值：1-10 kDa）。

2. 环境参数控制

• 温度：恒温37±0.5℃（PID温控系统）。

• 气体环境：氮气/二氧化碳混合气体调节厌氧或微需氧条件。

• 反应体积：模块化腔体（500 mL至1.5 L可调），支持分批或连续式操作。

二、高级功能扩展

1. 个性化生理条件模拟

• 年龄/健康状态预设：

• 婴儿模式：胃pH 4.0-5.0，胃排空时间延长至2-4小时。

• 胃肠疾病模式：模拟低胃酸（pH>3）、乳糖不耐受（关闭乳糖酶）。

• 药物/食品交互测试：

• 同步添加药物控释胶囊，监测活性成分释放曲线（HPLC联用接口）。

2. 实时监测与数据采集

• 传感器集成：

• pH/电导率探头：每30秒记录一次数据。

• 氧气浓度监测（适用于益生菌存活率研究）。

• 自动取样系统：

• 定时采集消化液（如每30分钟），支持离线分析（微生物、代谢物检测）。

3. 微生物群落模拟

• 肠道菌群加载：预留接种口接入特定菌株（如乳酸菌、双歧杆菌）。

• 厌氧环境维持：氧浓度<0.1%，适合研究膳食纤维发酵与短链脂肪酸生成。

三、应用场景示例

四、技术参数对比

五、操作流程示例（以食品消化率测试为例）

1. 样品预处理：将食品粉碎至2-5 mm颗粒，称重后置入口腔模块。

2. 程序设定：

• 口腔阶段：搅拌10分钟，α-淀粉酶浓度1.5       U/mL。

• 胃阶段：pH梯度2.0→1.5，胃蛋白酶2 mg/mL，持续2小时。

• 小肠阶段：胰酶（TRYPSIN 250 U/mL）+胆汁盐（10 mM），分两段各1小时。

3. 数据采集：

• 实时记录pH变化曲线。

• 每小时取样测定还原糖（DNS法）或游离氨基氮（茚三酮法）。

4. 结果分析：计算营养物消化率（%）=（初始含量-残渣含量）/初始含量×100%。