Сесія 5-2
SP-202 Аерокосмічна харчова технологія
ХАРЧОВИЙ СИНТЕЗ ФІЗИХІМІЧНИМИ МЕТОДАМИ ЯКОБ ШАПІРА НАСА Еймс Дослідницький центр
[133] Оскільки космічні місії стають все довшими і довшими, очевидно, що в якийсь момент система, яка принаймні частково відновить корисну їжу з продуктів метаболізму, матиме чисті переваги в місії. Було зроблено ряд прогнозів щодо тривалості місії, яка потрібна до того, як, як очікується, регенерація їжі призведе до економії. Використовуючи лише дуже уривчасту інформацію, General Dynamics Co. в 1966 р. Дійшов висновку, що для місії на 6000 людей (тобто місії на Марс з екіпажем з 10 чоловік) фізико-хімічна регенерація вуглеводів призведе до економії ваги та обсяг системи продовольчого забезпечення (посилання 1 і 2). В аналогічному дослідженні Lockheed Missiles and Space Co. дійшло до дуже подібного висновку (посилання 1 і 3).
Обґрунтування космічних дієт, що містять відновлені поживні речовини
Їжа в самому основному розумінні - це будь-яка речовина, яку рослина чи тварина засвоює та засвоює, щоб зберегти її в житті та дати їй можливість рости. Самі речовини, залежно від джерела, є, як правило, дуже складними сумішами органічних матеріалів та неорганічних солей. Однак основні матеріали, необхідні людині, відносно обмежені за кількістю і складаються переважно з білків, жирів та вуглеводів.
Білкові компоненти нашої дієти - це велика кількість складних полімерів приблизно з 20 простих органічних сполук, амінокислот, з яких лише 8 є важливими для людини, оскільки вони не можуть синтезуватися організмом. Мінімальна потреба в білках, за різними оцінками, становить від 50 до 75 г/день.
Жири в основному складаються з гліцерину в поєднанні з довголанцюговими насиченими та ненасиченими жирними кислотами. Лише декілька поліненасичених жирних кислот вважаються важливими для людини, і вони потрібні в дуже малих кількостях, можливо, лише від 1 до 2 г/день.
Вуглеводи в нашому раціоні - це полімери відносно простих органічних сполук, насамперед гексозного цукру глюкози. Невідомо, чи є мінімальна потреба у вуглеводах. Однак дієта, яка містила виключно білки та жири, може спричиняти труднощі в обміні речовин через дуже велике навантаження азотом та кетоз, пов’язаний з дієтами з високим вмістом жиру. Крім того, наш раціон містить відносно невелику кількість різних солей, нуклеїнових кислот, вітамінів та мікроелементів.
У типовій американській дієті основні хімічні компоненти наведені в таблиці I. Не те, що половина калорій походить від гексоз, що містяться у вуглеводах, приблизно одна третина калорій - від жирних кислот у жирі, а решта складаються з амінокислот у білку та вмісту гліцерину в жирі. Мінерали, вітаміни та інші компоненти раціону практично не вносять калорій.
[134] ТАБЛИЦЯ I. ОСНОВНІ ХІМІЧНІ КОМПОНЕНТИ ТИПОВОЇ АМЕРИКАНСЬКОЇ ДІЄТИ
Слід підкреслити, що для організму не має значення, чи походять ці речовини з їжі природного походження, чи синтезуються біологічними чи фізико-хімічними методами in vitro. Головне, щоб матеріал був безпечним та прийнятним як їжа.
Можна записати рівняння для катаболізму харчових речовин організмом. У випадку (1) білка (м’ясо), 12) жиру (трипальмітину) та (3) вуглеводу (крохмалю), ці рівняння на моль вуглецю складають відповідно,
(1) C 1,00 H 1,67 O 0,22 N 0,27 + 1,00 O 2 -> 0,80 CO 2 + 0,30 H 2 O + C 0,20 H 1,07 O 0,32 N 0,27
(2) C 1,00 H 1,92 O 0,12 + 1,42 O 2 -> 1,00 CO 2 + 0,96 H 2 O
(3) C 1,00 H 1,67 O 0,83 + 1,00 O 2 -> 1,00 CO 2 + 0,83 H 2 O
Для катаболізму дієти, наведеної в таблиці I, можна записати наступне рівняння, знову ж таки, на основі кожного вуглецю:
C 1,00 H 1,74 O 0,46 N 0,08 + 1,12 O 2 -> 0,94 CO 2 + 0,72 H 2 O + C 0,06 H 0,30 O 0,09 N 0,08
Видно, що 94 відсотки вуглецю в нашій їжі видихаються у вигляді вуглекислого газу, а 83 відсотки водню перетворюються у воду. Лише порівняно невелика кількість матеріалу виводиться із сечею та калом.
Тепер давайте постулюємо систему, в якій вуглекислий газ і вода лише хімічними засобами перетворюються на вуглеводи. І далі, давайте постулюємо, що цей вуглевод складатиме близько 85 відсотків раціону. Решта дієти складалася б з інших важливих компонентів харчових продуктів, які важче синтезувати, таких як білки, жири, вітаміни тощо, які б неслися в процесі місії. Катаболізм такої дієти організмом показано наступним рівнянням: