[发明专利]一种恒化器及其肠道菌群的生长调节方法

权利要求书

1.一种恒化器的肠道菌群的生长调节方法，所述的肠道菌群为浮游细菌菌群和附着细菌菌群，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：计算培养液的输入率、输出率和肠道菌群的输出率；

培养液的输入率为D_0*S⁰，培养液的输出率为D_*S(t)，菌群的输出率为D_*u(t)；

其中，S⁰为培养液的初始输入浓度，mol·L^-1，

S(t)为t时刻培养液的浓度，mol·L^-1，

D为培养液输出到溢出器的速率，D＝D₀，day^-1，

u(t)为t时刻肠道菌群的浓度，mol·L^-1；

步骤二：计算肠道菌群对培养液的吸收率；

单位菌群对培养液的吸收率表示为：

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表示浮游细菌，i＝2表示附着细菌，

k_i为i的半饱和常数，

Q_i(t)为t时刻i的细胞配额，mol·cell^-1，

Q_max,i为i的最大细胞配额，mol·cell^-1，

Q_min,i为i的最小细胞配额，mol·cell^-1，

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

步骤三：计算菌群细胞对培养液的消耗率；

浮游细菌对培养液总的消耗为：附着细菌对培养液总的消耗为：

其中，u(t)为t时刻浮游细菌浓度，mol·L^-1，

ν(t)为t时刻附着细菌浓度，mol·L^-1；

γ₁为浮游细菌的消耗率，γ₂为附着细菌的消耗率；

步骤四：计算单位菌群的增长率；

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

其中，μ_max,i为i菌群的最大生长率，day^-1，

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

步骤五：建立两种群肠道菌群的生长模型；

培养液浓度的变化率：

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

浮游细菌浓度的变化率：

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

浮游细菌细胞配额的变化率：

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

附着细菌浓度的变化率：

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

附着细菌细胞配额的变化率：

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

其中，α为浮游细菌吸附到肠道壁上的概率，0＜α＜1，β为附着细菌游离于肠道壁的概率，0＜β＜1，α和β的大小取决于培养器壁的光滑程度，培养器壁越光滑，α越小，β越大；

步骤六：根据步骤五所得的两种群肠道菌群生长模型，通过改变营养液输入到培养器的速率、培养液输出到溢出器中的速率和培养器壁的光滑程度来控制两种群肠道菌群的增长率；培养液输出到溢出器中的速率越大，培养器壁越粗糙，肠道菌群即浮游细菌的增长率越小。