Az élelmiszer jövője: Az űrkutatás története és legújabb fejleményei

élelmiszer

Tipikus étkezés az űrben a nyolcvanas években. Fotó: NASA (UC Science Today)

Amikor a legtöbben az űrtartalmú ételekre gondolunk, valószínűleg azok az ezüst csomag fagyasztva szárított fagylaltok jutnak eszünkbe, amelyeket a tudományos központ ajándékboltjaiban talál. Meglepő módon a fagyasztva szárított jégkrém csak egyszer jutott az űrbe, az Apollo 7 küldetésén, 1968-ban [1]. Bár egy időben ez hasonlíthatott arra, amit az űrhajósok valóban ettek az űrben, az űrkutatás fejlődése azóta fényévekkel halad előre (szójáték célja).

Élelmiszerkockák és -csövek a korai Merkúr projektből (1953-63). Fotóhitel: NASA (nasa.gov)

Az űrrepülések kezdetben csupán percekig tartottak, és nem voltak elég hosszúak ahhoz, hogy étkezés elfogyasztását tegyék szükségessé. Amint azonban a repülés időtartama növekedni kezdett, a tudósok elkezdtek snackeket fejleszteni a repülés közbeni fogyasztáshoz. A NASA Mercury projektje (1958-63) során az űrhajósok elkezdték tesztelni, hogy az evés fiziológiája, vagy hogyan működik a rágás, az ivás és a nyelés az űrben. Az étel nagyrészt nem volt vonzó, főleg dehidratált szilárd ételkockákból és félig folyékony keverékekből állt alumínium csövekben. A technológia javult, amikor a fagyasztva szárítást bevezették a Project Gemini (1961-66) során. A fagyasztva szárítás jobb ízt, színt és textúrát eredményezett, valamint megőrizte az étel alakjának integritását. Az ételek rehidratálásához vízfegyvereket használtak a víz befecskendezésére a fagyasztva szárított csomagokba [2].

A fagyasztva szárítás folyamata kiaknázza az úgynevezett „szublimáció” kémiai elvet, a szilárd anyag fázisváltását a gázra, megkerülve a folyadékfázist; amint az az alábbi ábrán látható, ez az anyagtól függően meghatározott nyomás- és hőmérséklet-tartományokkal érhető el [3]. Az űrkutatás-fejlesztők ezt az elvet alkalmazták, hogy a fagyasztva szárított élelmiszerekben lévő vizet gőzzé változtassák [2]. A fagyasztva szárítás három szakaszban történik: fagyasztás, elsődleges szárítás és másodlagos szárítás. A fagyasztási szakaszban a terméket eutektikus pontja alá, vagy a legalacsonyabb hőmérsékletre hűtik, amelyen a szilárd és folyékony fázis együttélhet. Az elsődleges szárítási fázisban csökken a nyomás, és csak annyi hő kerül alkalmazásra, amely a szublimációt okozza. A másodlagos szárítási fázis eltávolítja a nem fagyott vízmolekulákat [3].

A vízfázis viselkedésének diagramja. Fotó: Soham Shukla (IJPSR)

A fagyasztva szárítás alkalmazásával az ételek fejlesztése gyorsan előrehaladt. A rehidratáláshoz használt forró víz és a jobb csomagolás mind az Apollo projekt (1969–72) során rendkívül javította az ételek ízét és hatékonyságát. A menük tovább növekedtek, és a kényelem, például az ételmelegítők és az étkezőasztalok tovább javították a gasztronómiai élményt a Skylab és az Űrsikló programok (1973-79, 1981-2011) során végzett repüléseken [2]. Ma az űrhajósok által elfogyasztott többség nagyon hasonlít arra, amit itt a Földön eszünk. Az ételeket és italokat általában porítják vagy fagyasztva szárítják, ehhez egyszerűen víz hozzáadása szükséges. A termosztabilizálás egy másik elterjedt technika, amelynek eredményeként az ételek vagy italok tasakokban vannak. Minden küldetés előtt az űrhajósok egyfajta „kóstolón” vesznek részt, ahol kiválasztják ételeiket és elkészítik saját, személyre szabott étlapjukat [1].

Vannak olyan kihívások, amelyek az űrben merülnek fel, amelyeket meg kell küzdeni az űrkutatásban. Az ételeknek kompaktaknak és könnyűeknek kell lenniük, mivel jelenleg fontonként 10 000 dollárba kerül az étel űrbe juttatása [4]. A csomagolásnak hatékonyan kell eljuttatnia az ételt a kiömlés veszélye nélkül. Kóbor morzsák vagy folyadékok úszhatnak a berendezésekbe és hatalmas károkat okozhatnak, vagy az űrhajósok belélegezhetik őket [2]. A táplálkozás és a tartósítás szintén kulcsfontosságú tényező, mivel az ételnek képesnek kell lennie arra, hogy hosszú ideig tartsa a tápértéket. Az alábbi ábra azt mutatja, hogy az elfogadható termostabilizált élelmiszerek száma milyen gyorsan csökken 5 éven belül. A termostabilizált élelmiszerek minden típusát elemezték, beleértve a zöldségeket, keményítőket, gyümölcsöket, desszerteket és húsokat. Az elfogadhatóság szintjét az íz, valamint a koloriméter leolvasásával kimutatott kémiai reakciók elemzése határozta meg. Egyes termékek hosszabb ideig megőrzik elfogadhatóságukat, mint mások. Például a hús 3 évig vagy hosszabb ideig volt elfogadható, míg néhány zöldség csak 1 évig tartott.

Hosszú ideig tartó járatokon az élelmiszerek tápértéke elveszik a vitaminok és zsírsavak oxidációja miatt hosszú távú tárolás és sugárterhelés során [5]. Ez különös aggodalomra ad okot hosszú küldetések során, ahol a csontsűrűség és a látás negatívan befolyásolható, ha az étrend nem tartalmaz megfelelő mennyiségű D-vitamint és folátot [6].

A termostabilizált űrtartalmú ételek „eltarthatósága”. Fotóhitel: Cooper, Douglas és Perchonok (Journal of Food Science)

Egy másik problémás terület az űrhajósok étkezési tapasztalata. Az űrben az ízlelőbimbók másképp reagálnak, és az ízek elnémultak és szelídebbek, szinte olyanok, mint amikor megfázik, és nem képes olyan élénken kóstolni [7]. A korai küldetések során, amikor az űrélelmiszerek gyerekcipőben jártak, az űrhajósok gyakran elvesztették étkezési vágyukat, mivel az étel lágy és nehezen elkészíthető. Sokan végül fogytak, ami viszont befolyásolta a személyzet teljesítményét és a missziók általános sikerét [8]. Szintén nagyon fontos, hogy a jó minőségű ételek az űrhajósok jólétéhez kapcsolódnak. A honvágy kezelése, a fizikai küldetések megkövetelése és az ismeretlen környezet mind rontja a legénység mentális egészségét. Ízletes és családias ételek biztosítása javíthatja az életminőséget a fedélzeten [6].

Space „sajtburger”. Fotó: Terry Virts (komoly étkezések)

A következő lépés az űrkutatáshoz? Mars. Az élelmiszeripari tudósok jelenleg azon dolgoznak, hogy felfedezzék az űrhajósok etetését egy olyan misszió során, amelynek minimális időtartama 2,5 év lenne (6 hónap a Marson, 18 hónapos felszíni misszió és 6 hónapos visszaút a Földre). Ehhez valószínűleg szükség lesz arra, hogy az élelem egy részét a felszíni küldetés során meg kell termeszteni [9]. 2015 augusztusában az űrben termesztett első növény, a vörös saláta készen állt a kóstolásra! A salátát a Nemzetközi Űrállomás VEGGIE növénytermesztő rendszerében termesztették, amely rendszer „párnák” gyökerezéséből és napelemes LED-es fényből áll [10]. Képessé válunk-e végül élelmiszerek termesztésére és biztonságos és funkcionális táplálékrendszer kialakítására a Mars felszínén? Mivel a NASA és az Elon Musk SpaceX társaságai a Marsra várják az emberi turizmus és az esetleges gyarmatosítás következő helyszínét [4], az űrben történő élelmiszer-termelés vitathatatlanul követelmény lesz a jövőben.

A Nemzetközi Űrállomáson termesztett vörös római saláta. Fotóhitel: NASA (nasa.gov)

Hivatkozott hivatkozások

  1. Billock, J. „A kanál sötét oldala: Mit esznek az űrhajósok az űrben.” Komoly étkezések. Komoly étkezések, 2015. június 18. Web. 2016. január 19.
  2. Casaburri, A. A., Gardner, C. A. Űrtartalmú ételek és táplálkozás. Oktatói útmutató. NASA. Washington, D.C. 1999. Nyomtatás.
  3. Shukla, S. fagyasztva szárítási folyamat: áttekintés. International Journal of Pharmaceutical Sciences and Research, 2011; 12, 3061-68.
  4. Evans, J. Űrgazdálkodás. C&I Agriculture, 2015; 10: 20-23.
  5. Zwart, S. R., Kloeris, V. L., Perchonok, M., Braby, L., Smith, S. M. A tápanyagok stabilitásának értékelése az űrkutatási rendszerből származó élelmiszerekben az ISS-en végzett hosszú távú űrrepülés után. Journal of Food Science, 2009; 74: 209-17.
  6. Martin, B. „Csomagoljon ki egy ételek űrhajós űrkutatást.” Smithsonian Magazine 2013. június: Nyomtatás.
  7. - Íz az űrben. NASA. NASA, 2015. február 6. Web. 2016. február 15.
  8. Cooper, M. m Douglas, G., Perchonok, M. A NASA élelmiszer-rendszerének fejlesztése hosszú távú küldetésekhez. Journal of Food Science, 2011; 76: 40-8.
  9. Lane, H. W., Bourland, C., Barrett, A., Heer, M., Smith, S. M. A táplálkozási kutatás szerepe az emberi űrrepülés sikerében. A táplálkozás fejlődése, 2013; 4: 521-23.
  10. „Étkezésre kész ételek: A 44-es expedíció legénységének tagjai az űrállomáson termesztett lombos zöldeket mintázzák.” NASA. NASA, 2015. augusztus 7. Web. 2016. február 5.

A szerzőről: Ashton Yoon fogadta B.S. az UCLA környezettudományán, és jelenleg élelmiszer-tudományi fokozatot szerez. Kedvenc időtöltése a konyhában való kísérletezés új receptekkel és főzési technikákkal.