一种用于即时在线水产动物营养代谢研究的装置

摘要

本发明公开了一种用于即时在线水产动物营养代谢研究的装置，包括养殖池、粪便及饲料收集装置、氧气供应装置、在线检测系统、支架装置、外联检测装置和后台处理存储系统，养殖池为圆柱型缸体，底部为圆锥体，圆锥体下方连接粪便及饲料收集装置；氧气供应装置和在线检测系统分别位于养殖池两侧；支架装置焊接于养殖池两侧；外联检测装置通过外联检测设备传感器接口与养殖池相连；外联检测装置和在线检测系统均与后台处理存储系统相连。本发明装置可以即时连续检测水产动物摄食后各种营养素在体外的变化，从而获得对于其代谢机理的深入理解；同时也可即时检测水产动物摄食的水产饲料中各营养素的保留情况，快速评估各种水产饲料的营养平衡性。

权利要求

1.一种用于即时在线水产动物营养代谢研究的装置，包括养殖池(1)、粪便及饲料收集装置(10)、氧气供应装置(7)、在线检测系统(2)、支架装置(11)、外联检测装置(4)和后台处理存储系统(5)，其特征在于，所述养殖池为圆柱型缸体，底部为圆锥体，底部圆锥体最下方连接有粪便及饲料收集装置；所述的氧气供应装置(7)和在线检测系统分别位于养殖池圆柱型缸体的两侧；所述的支架装置焊接于养殖池圆柱型缸体的两侧，并且支立于地面起到支撑固定的作用；所述的外联检测装置(4)通过养殖池圆柱型缸体上的外联检测设备传感器接口(3)与养殖池相连；所述的外联检测装置和在线检测系统均与后台处理存储系统相连；

所述的养殖池(1)圆柱型缸体的顶部包括一个气压缓冲孔(8)和投入孔(6)；所述气压缓冲孔为圆型，直径为5mm；所述投入孔为圆型并配有盖子(9)，盖子配有密封圈，盖子的半径为0.15m；

所述的粪便及饲料收集装置(10)为锥体型槽，即上部为柱形体(13)、下部为锥形体；所述的柱形体上方安装有与养殖池1相通的进水阀门(12)，中部安装有拦截粪便和残饵用的筛网(14)，下方安装有排水阀门(15)，排水阀门的下方放置滤液收集池(16)；所述的筛网(14)通过支架(17)安装于柱形体上，其上下方均配有密封圈；

所述的在线检测系统(2)为智能数字传感器系统，是多个在线传感器的集合，配置有5～10种指标的检测传感器接口，并可接入不同口径的传感设备，传感器与所述的后台处理存储系统(5)相连；

所述的氧气供应装置(7)为纯氧充气泵，可控制氧气流量大小；

所述的支架装置(11)为不锈钢圆柱体或三角形支架；所述的圆柱体支架，半径为20mm，三角形直边为55mm，高度为0.5m；

所述的外联检测装置(4)为样品收集管，连接大型检测设备。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的养殖池(1)，其圆柱型缸体的半径为

0.5-1m，高为0.5-1m，体积为0.39-3.14m3；底部圆锥体的高为0.1m，体积为0.03-0.21m3；所述的养殖池的体积为0.42-3.35m 3。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的粪便及饲料收集装置(10)的柱形体(13)，半径为75mm，高度为0.2m，底部锥形体高为0.1m；所述的筛网(14)部分的高度为

0.05m，筛网的目数为60目；所述滤液收集池(16)为圆形或正方形，圆形半径为0.1m，正方形边长为0.15m。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的后台处理存储系统(5)包括养殖池水质指标数据分析处理与存储、在线检测数据分析处理与存储、饲料营养数据分析处理与存储、水产动物营养代谢变化数据分析处理与存储系统。

说明书

一种用于即时在线水产动物营养代谢研究的装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于研究水产动物营养代谢的装置，具体涉及一种用于即时在线水产动物营养代谢研究的装置，属于水产动物营养研究设备技术领域。

背景技术

[0002] 由于水生动物与陆生动物相比，在生活环境、行为习性和生理特性等方面都存在较大差异，因此对于其营养研究更加困难，这已经成为阻碍水生动物营养研究的因素之一。

[0003] 以往的营养代谢研究一般通过饲喂水产动物之后，通过测量其呼吸、粪便等代谢数据，通过数据获得模型来评估其营养代谢的机理，但是这些获得的数据，一般都是几个或多个时间点的数据，并不能完整准确地代表水产动物连续的代谢状况，不同的研究者选择的时间点不一样，研究结果往往差异很大甚至相反，因此一种能够将水产动物代谢情况即时在线展现出来的研究设备将会带给我们的营养代谢研究更加清晰的视野和开阔的思路，同时能够很好的评估水产饲料在水产动物体内代谢的况，从而评估水产饲料的营养平衡性，提升饲料配方水平，节约饲料资源，具有巨大的社会效益和经济效益。

发明内容

[0004] 本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，而提供一种用于即时在线水产动物营养代谢研究的装置，可以即时连续检测水产动物摄食后各种营养素在体外的变化，从而获得对于其代谢机理的更深入的理解；同时本发明也可以即时检测水产动物摄食的水产饲料中各营养素的保留情况，快速评估各种水产饲料的营养平衡性。

[0005] 本发明是通过下述技术方案实现的：

[0006] 一种用于即时在线水产动物营养代谢研究的装置，包括养殖池、粪便及饲料收集装置、氧气供应装置、在线检测系统、支架装置、外联检测装置和后台处理存储系统，其特征在于，所述养殖池为圆柱型缸体，底部为圆锥体，底部圆锥体最下方连接有粪便及饲料收集装置；所述的氧气供应装置和在线检测系统分别位于养殖池圆柱型缸体的两侧；所述的支架装置焊接于养殖池圆柱型缸体的两侧，并且支立于地面起到支撑固定的作用；所述的外联检测装置通过养殖池圆柱型缸体上的外联检测设备传感器接口与养殖池相连；所述的外联检测装置和在线检测系统均与后台处理存储系统相连。

[0007] 优选的，所述的养殖池，其圆柱型缸体的半径为0.5-1m，高为0.5-1m，体积为0.39-3.14m3；底部圆锥体的高为0.1m，体积为0.03-0.21m3；所述的养殖池的体积为0.42-3.35m3。

[0008] 优选的，所述的养殖池圆柱型缸体的顶部包括一个气压缓冲孔和投入孔；所述气压缓冲孔为圆型，直径为5mm；所述投入孔为圆型并配有盖子，盖子配有密封圈，盖子的半径为0.15m，投入孔的功能为投入水、投放饲料及放入实验动物和滤液。

[0009] 优选的，所述的粪便及饲料收集装置为锥体型槽，即上部为柱形体、下部为锥形体；所述的柱形体上方安装有与养殖池1相通的进水阀门，中部安装有拦截粪便和残饵用的筛网，下方安装有排水阀门，排水阀门的下方放置滤液收集池；所述的筛网通过支架安装于柱形体上，其上下方均配有密封圈。粪便及饲料收集装置可将水粪混合物分离后单独收集粪便。

[0010] 优选的，所述的粪便及饲料收集装置的柱形体，半径为75mm，高度为0.2m，底部锥形体高为0.1m；所述的筛网部分的高度为0.05m，筛网的目数为60目；所述滤液收集池为圆形或正方形，圆形半径为0.1m，正方形边长为0.15m。

[0011] 优选的，所述的在线检测系统为智能数字传感器系统，是多个在线传感器的集合，配置有5～10种指标的检测传感器接口，并可接入不同口径的传感设备，传感器与所述的后台处理存储系统相连。

[0012] 优选的，所述的氧气供应装置为纯氧充气泵，可控制氧气流量大小。

[0013] 优选的，所述的支架装置为不锈钢圆柱体或三角形支架；所述的圆柱体支架，半径为20mm，三角形直边为55mm，高度为0.5m。

[0014] 优选的，所述的外联检测装置为样品收集管，可以连接大型检测设备如氨基酸分析仪、蛋白质分析仪、离子发射光谱仪、离子吸收光谱仪等精密检测仪器。

[0015] 优选的，所述的后台处理存储系统包括养殖池水质指标数据分析处理与存储、在线检测数据分析处理与存储、饲料营养数据分析处理与存储、水产动物营养代谢变化数据分析处理与存储系统等。

[0016] 本发明还提供一种上述用于即时在线水产动物营养代谢研究的装置的使用方法：

[0017] (1)通过投入孔向装置内加入适量的经过处理的养殖用水，并开启氧气供应装置和在线检测系统，运行10分钟，使装置处于平稳运行状态，并使装置内的水体处于平衡状态，在线检测系统的传感器对水体进行检测，后台处理存储系统即时显示水体的各种物理化学指标。

[0018] (2)将需要研究的水产动物通过投入孔放入装置内，根据研究需要运行一定时间，使水产动物适应装置内的养殖环境，在线检测系统的传感器对水体进行检测，后台处理存储系统即时显示水体的各种物理化学指标，得出水产动物的基础代谢数据。

[0019] (3)将准确称量的一定量的饲料从投入孔投入装置内，饲喂水产动物，尽量使投入的饲料能够完全被水产动物完全摄食，在线检测系统的传感器对水体进行检测，后台处理存储系统即时显示水体的各种物理化学指标的变化。

[0020] (4)根据不同的水产动物，经过一定的时间后，水产动物开始排出粪便，粪便和未摄食的饲料汇集到养殖池的底部，可通过粪便及饲料收集装置的阀门排入柱形体中，粪便和饲料被筛网拦截后，关闭进水阀门，打开排水阀门，其余水则排入滤液收集池中，将筛网上分离的粪便和残饵取出后可以冷冻保存或直接进行各种营养指标的检测，检测结果输入后台处理存储系统，分离的水流入滤液收集池中后再通过投入孔回收到养殖池1中。

[0021] (5)通过对后台处理存储系统获得的物理化学指标和饲料中以及粪便中的营养指标的分析研究，得到水产动物在摄食饲料后各种营养物质的变化的数据。

[0022] 本发明与现有技术相比具有以下效果：用于即时在线水产动物营养代谢研究的装置，可以即时连续检测水产动物摄食后各种营养素在体外的变化，从而获得对于其代谢机理的更深入的理解。同时本发明也可以即时监测水产动物摄食水产饲料后各营养素在体内的保留情况，快速评估各种水产饲料的营养平衡性。

附图说明

[0023] 图1：本发明用于即时在线水产动物营养代谢研究的装置的平面结构示意图；

[0024] 图2：本发明用于即时在线水产动物营养代谢研究的装置的立体结构示意图；

[0025] 图3：本发明粪便及饲料收集装置的整体结构示意图；

[0026] 其中：1、养殖池；2、在线检测系统；3、外联检测设备传感器接口；4、外联检测装置；5、后台处理存储系统；6、投入孔；7、氧气供应装置；8、气压缓冲孔；9、盖子；10、粪便及饲料收集装置；11、支架装置；12、进水阀门；13、柱形体；14、筛网；15、排水阀门；16、滤液收集池；
17、支架。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图对本发明的用于即时在线水产动物营养代谢研究的装置的结构进行详细的描述。

[0028] 一种用于即时在线水产动物营养代谢研究的装置，如图1和图2所示，包括养殖池1、粪便及饲料收集装置10、氧气供应装置7、在线检测系统2、支架装置11、外联检测装置4和后台处理存储系统5：养殖池1为圆柱型缸体，底部为圆锥体，底部圆锥体最下方连接有粪便及饲料收集装置；氧气供应装置7和在线检测系统2分别位于养殖池1圆柱型缸体的两侧；支架装置11焊接于养殖池圆柱型缸体的两侧，并且支立于地面起到支撑固定的作用；外联检测装置4通过养殖池圆柱型缸体上的外联检测设备传感器接口3与养殖池相连；所述的外联检测装置和在线检测系统均与后台处理存储系统相连。

[0029] 养殖池1的圆柱型缸体的半径为0.5-1m，高为0.5-1m，体积为0.39-3.14m3；底部圆锥体的高为0.1m，体积为0.03-0.21m3；养殖池的体积为0.42-3.35m3。养殖池的圆柱型缸体的顶部包括一个气压缓冲孔8和投入孔6，气压缓冲孔为圆型，直径为5mm；投入孔为圆型并配有盖子9，半径为0.15m，投入孔的功能为投入水、投放饲料及放入实验动物和滤液。

[0030] 粪便及饲料收集装置10，粪便及饲料收集装置可将水粪混合物分离后单独收集粪便，如图3所示：为锥体型槽，即上部为柱形体13、下部为锥形体，柱形体的半径为75mm，高度为0.2m，底部锥形体高为0.1m；柱形体上方安装有与养殖池1相通的进水阀门12，中部安装有拦截粪便和残饵用的筛网14，下方安装有排水阀门15，排水阀门的下方放置滤液收集池16；筛网通过支架17安装于柱形体上。筛网部分的高度为0.05m，筛网的目数为60目，滤液收集池16为圆形或正方形，圆形半径为0.1m，正方形边长为0.15m。

[0031] 在线检测系统2为智能数字传感器系统，是多个在线传感器的集合，配置有5～10种指标的检测传感器接口，并可接入不同口径的传感设备，传感器与所述的后台处理存储系统5相连。氧气供应装置7为纯氧充气泵，可控制氧气流量大小。支架装置11为不锈钢圆柱体或三角形支架；圆柱体支架，半径为20mm，三角形直边为55mm，高度为0.5m。外联检测装置4为样品收集管，可以连接大型检测设备如氨基酸分析仪、蛋白质分析仪、离子发射光谱仪、离子吸收光谱仪等精密检测仪器。后台处理存储系统5包括养殖池水质指标数据分析处理与存储、在线检测数据分析处理与存储、饲料营养数据分析处理与存储、水产动物营养代谢变化数据分析处理与存储系统等。

[0032] 本发明根据水产动物生活在水中，各种营养物质在水中均匀分布的特点，结合水产动物的营养代谢时刻在变化的生理特性，通过生物传感器即时在线检测水体中各种营养物质的含量变化，即时反映水产动物摄食后各种营养素在体外的变化，从而获得对于其代谢机理的更深入的理解；同时也可以即时检测水产动物摄食的水产饲料中各营养素的保留情况，快速评估各种水产饲料的营养平衡性。在线检测系统2具有5-10个接口，可以灵活的选择需要检测的指标，科学又方便；外联检测装置4可以与大型精密仪器连接，未来可以进行设备升级，根据不同研究目的有选择性的接入先进设备，发挥更大的价值。粪便及饲料收集系统10为锥体性槽，有利于粪便和残饵的集中，通过进水阀门12排入柱形体13中，粪便和残饵被筛网14拦截后，关闭进水阀门12，打开排水阀门15，其余水则排入滤液收集池16中，将筛网上分离的粪便和残饵取出后可以冷冻保存或直接进行各种营养指标的检测，检测结果输入后台处理存储系统5，分离的水流入滤液收集池16中后再通过投入孔6回收到养殖池1中，确保营养物质不损失。后台处理存储系统5主要对数据进行分析处理，形成直观的图表和统计结果，方便研究者使用，同时也可以与互联网连接，满足使用者对信息化的需求。

[0033] 下面结合具体实施例对本发明的用于即时在线水产动物营养代谢研究的装置的进行评估水产动物在摄食饲料后各种营养物质变化的使用方法进行详细的描述。

[0034] 实施例1：

[0035] 以营养元素N的变化为例，应用本发明装置在淡水养殖鱼类鲤鱼投喂饲料后其体内N保留情况的计算及评估饲料的利用率。

[0036] (1)通过投入孔6向装置内加入适量的经过处理的养殖用淡水100L，并开启氧气供应装置7和在线检测系统2，运行10分钟，使装置处于平稳运行状态，并使装置内的水体处于平衡状态，在线检测系统的传感器对水体进行检测，后台处理存储系统5即时显示水体的各种物理化学指标；稳定后，电脑显示水体各项化学指标，其中水体本底氨氮(Na0)为0.25mg/L，本底亚硝酸氮(Nb0)为0.02mg/L。

[0037] (2)将10条体重约50g的鲤鱼通过投入孔放入装置内，根据研究需要运行一定时间，使水产动物适应装置内的养殖环境，在线检测系统的传感器对水体进行检测，后台处理存储系统即时显示水体的各种物理化学指标，得出水产动物的基础代谢数据；经过半小时的稳定后，电脑显示鲤鱼在放入装置内半小时后水体氨氮(Na1)和亚硝酸氮(Nb1)的值分别为：0.26mg/L和0.021mg/L。Na1与Na0的差值即为鲤鱼在装置内半小时的基础代谢氨氮(Na)：0.01mg/L，Nb1与Nb0差值即为鲤鱼在装置内半小时的基础代谢亚硝酸氮(Nb)：0.001mg/L。

[0038] (3)将准确称量的7g鲤鱼商业颗粒饲料从投入孔投入装置内，5分钟内投入的饲料完全被鲤鱼摄食，在线检测系统的传感器对水体进行检测，后台处理存储系统即时显示水体的各种物理化学指标的变化；根据检测数据显示，鲤鱼在投喂2小时后，水体各项化学指标稳定，且粪便排完，此时的数据显示，即鲤鱼在投喂2小时后水体中的氨氮(Naw)和亚硝酸氮(Nbw)的值分别为：0.9mg/L和0.075mg/L。

[0039] (4)鲤鱼摄食2小时后排出粪便，粪便汇集到养殖池的底部，可通过粪便及饲料收集装置10的阀门12排入柱形体13中，粪便和饲料被筛网14拦截后，关闭进水阀门12，打开排水阀门15，其余水则排入滤液收集池16中，将筛网上分离的粪便取出后冷冻保存以集中检测各项营养指标，检测结果输入后台处理存储系统，即为粪便中的N含量(Nf)，分离的水流入滤液收集池中后再通过投入孔回收到养殖池1中；经过检测，粪便中的No(Nf)为0.182g，饲料中N(NF)为0.3584g，并将其输入后台处理存储系统(5)。

[0040] (5)通过对后台处理存储系统获得的物理化学指标和饲料中以及粪便中的营养指标的分析研究，得到水产动物在摄食饲料后各种营养物质的变化的数据。鲤鱼体内N的保留量(NT)计算公式为：NT＝V*Na0+V*Nb0+NF-Nf-V*Naw-V*Nbw+V*Na*2*h+V*Nb*2*h。(V:装置内的水体积；h：从开始放入鱼至收集完粪便的小时数)

[0041] 在本实施例中，鲤鱼体内N的保留量(单位g)：NT＝V*Na0/1000+V*Nb0/1000+NF-Nf-V*Naw/1000-V*Nbw/1000+V*Na*2*h/1000+V*Nb*2*h/1000＝100*0.25/1000+100*0.02/1000+0.3584-0.182-100*0.9/1000-100*0.075/1000+100*0.01*2*2.5/1000+100*0.001*
2*2.5/1000＝0.1114g

[0042] 在本实施例中，鲤鱼对实验用的商品饲料的N的利用率(单位％)＝100*NT/NF＝100*0.1114/0.3584＝31.08％。根据不同饲料N的利用率，可以评价饲料营养的好差。

[0043] 实施例2：

[0044] 以营养元素N的变化为例，应用本发明装置在海水养殖鱼类大菱鲆投喂饲料后其体内N保留情况的计算及评估。

[0045] (1)通过投入孔向装置内加入适量的经过处理的养殖用海水100L，并开启氧气供应装置和在线检测系统，运行10分钟，使装置处于平稳运行状态，并使装置内的水体处于平衡状态，在线检测系统的传感器对水体进行检测，后台处理存储系统即时显示水体的各种物理化学指标；稳定后，电脑显示水体各项化学指标，其中水体本底氨氮(Na0)为0.167mg/L，本底亚硝酸氮(Nb0)为0.013mg/L。

[0046] (2)将10条体重约50g的大菱鲆通过投入孔放入装置内，根据研究需要运行一定时间，使水产动物适应装置内的养殖环境，在线检测系统的传感器对水体进行检测，后台处理存储系统即时显示水体的各种物理化学指标，得出水产动物的基础代谢数据；经过半小时的稳定后，电脑显示大菱鲆在放入装置内半小时后水体氨氮(Na1)和亚硝酸氮(Nb1)的值分别为：0.179mg/L和0.014mg/L。Na1与Na0的差值即为大菱鲆在装置内半小时的基础代谢氨氮(Na)：0.012mg/L，Nb1与Nb0差值即为大菱鲆在装置内半小时的基础代谢亚硝酸氮(Nb)：0.001mg/L。

[0047] (3)将准确称量的7g大菱鲆商业颗粒饲料从投入孔投入装置内，5分钟内投入的饲料完全被大菱鲆摄食，在线检测系统的传感器对水体进行检测，后台处理存储系统即时显示水体的各种物理化学指标的变化；根据检测数据显示，大菱鲆在投喂4小时后，水体各项化学指标稳定，且粪便排完，此时的数据显示，即大菱鲆在投喂4小时后水体中的氨氮(Naw)和亚硝酸氮(Nbw)的值分别为：0.69mg/L和0.055mg/L。

[0048] (4)大菱鲆摄食4小时后排出粪便，粪便汇集到养殖池的底部，可通过粪便及饲料收集装置的阀门排入柱形体中，粪便和饲料被筛网拦截后，关闭进水阀门，打开排水阀门，其余水则排入滤液收集池中，将筛网上分离的粪便取出后冷冻保存以集中检测各项营养指标，检测结果输入后台处理存储系统，即为粪便中的N含量(Nf)，分离的水流入滤液收集池中后再通过投入孔回收到养殖池1中。经过检测，粪便中的No(Nf)为0.326g，饲料中N(NF)为0.5936g，并将其输入后台处理存储系统。

[0049] (5)通过对后台处理存储系统获得的物理化学指标和饲料中以及粪便中的营养指标的分析研究，得到水产动物在摄食饲料后各种营养物质的变化的数据。大菱鲆体内N的保留量(NT)计算公式为：NT＝V*Na0+V*Nb0+NF-Nf-V*Naw-V*Nbw+V*Na*2*h+V*Nb*2*h。(V:装置内的水体积；h：从开始放入鱼至收集完粪便的小时数)

[0050] 在本实施例中，大菱鲆体内N的保留量(单位g)：NT＝V*Na0/1000+V*Nb0/1000+NF-Nf-V*Naw/1000-V*Nbw/1000+V*Na*2*h/1000+V*Nb*2*h/1000＝100*0.167/1000+100*0.013/1000+0.5936-0.326-100*0.69/1000-100*0.055/1000+100*0.012*2*4.5/1000+
100*0.001*2*4.5/1000＝0.2228g

[0051] 在本实施例中，大菱鲆对实验用的商品饲料的N的利用率(单位％)＝100*NT/NF＝100*0.2228/0.5936＝37.53％。根据不同饲料N的利用率，可以评价饲料营养的好差。

[0052] 经过研究试验检验，这种用于即时在线水产动物营养代谢研究的装置获得数据时间短，试验开始时即可获得水产动物的相关营养数据，避免了传统营养试验中长期养殖试验结束后才能获得样品进行检测分析时，样品长时间储存所带来的营养损失和分析误差，也减少了不同研究者不同取样时间点的选择造成的误差。所得数据连续性强，能够时刻观察到试验的进展情况，全面了解水产动物在养殖过程中的营养代谢状况，分析其营养代谢机理。系统运行时，物理指标和化学指标可以同时进行检测，可以即时呈现各种理化指标对水产动物营养代谢的影响，为生产实践提供科学依据。

[0053] 上述实例只是为说明本发明的技术构思以及技术特点，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。