Sesiunea 5-2
SP-202 Tehnologia alimentară aerospațială
SINTEZA ALIMENTARĂ PRIN METODE FIZICOCHIMICE JACOB SHAPIRA NASA Ames Research Center
[133] Pe măsură ce misiunile spațiale devin din ce în ce mai lungi, este evident că la un moment dat un sistem care va recupera cel puțin parțial alimente utile din produsele metabolice va oferi avantaje nete ale misiunii. S-au făcut o serie de previziuni cu privire la durata misiunii care ar fi necesară înainte ca regenerarea alimentelor să aibă ca rezultat economii. Folosind doar informații foarte fragmentare, General Dynamics Co. În 1966 a ajuns la concluzia că, pentru o misiune de 6000 de oameni pe zi (adică o misiune pe Marte cu un echipaj de 10 oameni), regenerarea fizico-chimică a carbohidraților ar duce la economii în greutate și volum ale sistemului de aprovizionare cu alimente (ref. 1 și 2) ). Într-un studiu similar, Lockheed Missiles and Space Co. a ajuns la o concluzie foarte asemănătoare (ref. 1 și 3).
MOTIVE PENTRU DIETELE SPATIALE CARE CONȚIN NUTRIENȚI REGENERATI
Mâncarea în sensul său cel mai de bază este orice substanță preluată și asimilată de o plantă sau de un animal pentru ao menține în viață și a-i permite să crească. Substanțele în sine, în funcție de sursă, sunt în general amestecuri foarte complexe de materiale organice și săruri anorganice. Cu toate acestea, principalele materiale solicitate de om sunt relativ limitate ca număr și sunt compuse în principal din proteine, grăsimi și carbohidrați.
Componentele proteice ale dietei noastre sunt un număr mare de polimeri complecși de aproximativ 20 de compuși organici simpli, aminoacizi, dintre care doar 8 sunt esențiali pentru un om, deoarece nu pot fi sintetizați de organism. Cerința minimă pentru proteine a fost variat estimată a fi între 50 și 75 g/zi.
Grăsimile sunt compuse în mare parte din glicerol, combinate cu acizi grași saturați și nesaturați cu lanț lung. Doar câțiva dintre acizii grași polinesaturați sunt considerați esențiali pentru oameni și sunt necesari în cantități foarte mici, poate doar 1 - 2 g/zi.
Glucidele din dieta noastră sunt polimeri ai compușilor organici relativ simpli, în primul rând hexoză zahăr glucoză. Nu se știe dacă există o cerință minimă pentru carbohidrați. Cu toate acestea, o dietă care conține exclusiv proteine și grăsimi ar putea fi de așteptat să provoace dificultăți în metabolism din cauza încărcării foarte mari de azot și a cetozei asociate cu dietele foarte bogate în grăsimi. În plus, dieta noastră conține cantități relativ mici de săruri, acizi nucleici, vitamine și oligoelemente.
În dieta tipică americană, componentele chimice majore sunt cele prezentate în tabelul I. Nu că jumătate din calorii sunt derivate din hexozele prezente în carbohidrați, aproximativ o treime din calorii provin din acizi grași din grăsime, iar restul sunt compuse din aminoacizii din proteină și din conținutul de glicerol al grăsimii. Mineralele, vitaminele și alte componente ale dietei contribuie practic fără calorii.
[134] TABEL I. COMPONENTE CHIMICE PRINCIPALE ALE DIETEI AMERICANE TIPICE
Trebuie subliniat faptul că nu are nicio diferență pentru organism dacă aceste substanțe provin dintr-un aliment de origine naturală sau sunt sintetizate prin metode biologice sau fizico-chimice in vitro. Considerentul principal este că materialul să fie sigur și acceptabil ca hrană.
Se pot scrie ecuații pentru catabolismul substanțelor alimentare de către organism. În cazul (1) proteine (carne), 12) grăsimi (tripalmitin) și (3) carbohidrat (amidon), aceste ecuații pe bază de carbon pe carbon sunt, respectiv,
(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
Se poate scrie o ecuație netă pentru catabolismul dietei prezentat în tabelul I după cum urmează, din nou pe bază de carbon:
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
Se vede că 94% din carbonul alimentelor noastre este expirat ca dioxid de carbon și că 83% din hidrogen este transformat în apă. Doar cantități relativ mici de material sunt excretate în urină și fecale.
Acum să postulăm un sistem în care dioxidul de carbon și apa s-ar transforma, numai prin mijloace chimice, în carbohidrați. Și, în plus, să postulăm că acest carbohidrat ar conține aproximativ 85% din dietă. Restul dietei ar fi compus din alte componente esențiale ale alimentelor mai greu de sintetizat, cum ar fi proteine, grăsimi, vitamine și altele asemenea, care ar fi transportate în misiune. Catabolismul unei astfel de diete de către organism este prezentat de următoarea ecuație: