Żywność dla kosmonautów

Historia lotów w kosmos nie jest długa – pierwszy lot załogowy odbył się w 1961 roku. Wraz z rozwojem nauki ich częstotliwość wzrastała, a kosmonauci coraz dłużej przebywali na orbicie. Jednym z problemów, z którymi musiano się zmierzyć, była kwestia żywienia: co zabrać, by nie było ciężkie, ale pełnowartościowe, łatwe w przygotowaniu, a do tego smaczne? Jednym z rozwiązań stała się żywność liofilizowana. Obecnie naukowcy w ośrodkach badawczych na całym świecie pracują nad rozwojem tego segmentu produktów spożywczych. Swoją cegiełkę dokładają także pracownicy Wydziału Nauk o Żywności SGGW.

Kosmiczna dieta
Początkowo w kosmos zabierano jedzenie w tubkach: Jurij Gagarin żywił się ziemniaczanym purée z mięsem oraz sosem czekoladowym, które wyciskał z opakowania podobnego do tego, w jakim przechowujemy pastę do zębów. Załoga amerykańskiej misji Mercury (1961-63) jadła żywność kostkowaną. Była ona suszona tradycyjnymi metodami, przez co bardzo się kruszyła i była niesmaczna. Wtedy też podjęto pierwsze próby karmienia astronautów liofilizowanymi produktami. Uczestnicy misji Gemini (1965-66) zabrali ze sobą kostki powlekane żelatyną, dzięki czemu nie były one już tak kruche. Wciąż jednak nie smakowały dobrze. Na potrzeby misji Apollo (1968-75) opracowano metody uwadniania żywności. Możliwe stało się zalewanie dań wodą i zamiana suszu na pełnowartościowy posiłek.

Stopniowo do diety astronautów dołączano kolejne produkty. Dziś osoby wyruszające w krótkie loty wybierają sobie z obszernej listy to, co najbardziej im smakuje: warzywa, owoce, sałatki, dużym powodzeniem cieszą się koktajl z krewetek oraz spaghetti. W przypadku długich misji sprawa jest trudniejsza, NASA wciąż pracuje nad stworzeniem jedzenia, który spełni wszystkie wymogi: będzie pożywne, lekkostrawne, smaczne, łatwe i szybkie w rozpakowaniu oraz przygotowaniu, a także niepozostawiające okruszków, które są bardzo niebezpieczne dla załogi i urządzeń pokładowych.

Liofilizat z Machu Picchu
Liofilizacja była znana już w starożytnym Peru. Inkowie zostawiali bulwy ziemniaków w górach, by zamarzły przez noc, a w dzień – pod wpływem niskiego ciśnienia, niskiej temperatury i lekkiego słońca – odparowała z nich woda. W efekcie powstawał suszony, dużo lżejszy i łatwiejszy w transporcie produkt. W czasie II wojny światowej liofilizowano osocze krwi. Dziś metody tej używa się do produkcji szczepionek, antybiotyków i probiotyków. Stosunkowo niedawno zaczęto stosować ją w przemyśle spożywczym na większą skalę, a ze względu na unikalne właściwości produktu finalnego szybko zyskuje na popularności.

Rozmrażanie przez odparowanie
Proces liofilizacji polega na zamrożeniu, a następnie wysuszeniu produktu, czyli na przejściu ze stanu zamrożonego od razu do stałego – z pominięciem etapu rozmrażania. Do jego przeprowadzenia potrzebny jest odpowiedni sprzęt. Katedra Inżynierii Żywności i Organizacji Produkcji Wydziału Nauk o Żywności SGGW dysponuje kilkoma liofilizatorami laboratoryjnymi. Jedną z osób wykorzystujących je w swojej pracy jest dr inż. Agnieszka Ciurzyńska, kierowniczka grantu „Innowacyjny produkt truskawkowy o wykreowanej strukturze” finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki, w ramach którego uczelnia pozyskała jedno z urządzeń:

To specjalne maszyny-suszarki, które działają pod obniżonym ciśnieniem i z kontrolowanym dopływem ciepła. Najpierw mrozi się produkt, potem umieszcza go na półce, którą następnie delikatnie się podgrzewa po to, by zapoczątkować proces sublimacji lodu. Odpowiednie ciśnienie sprawia, że lód wyparowuje, a nie się roztapia – wyjaśnia badaczka. Zliofilizowany materiał jest najwyższej jakości, gdyż traci tylko wodę. Warunki, w jakich odbywa się odparowanie, są na tyle łagodne, że składniki termolabilne: witaminy, makro- i mikroelementy, barwniki czy cukry nie tracą swoich właściwości.

W efekcie powstaje liofilizat, który można przechowywać nawet przez kilka lat. Najważniejsze jest odpowiednie zapakowanie. Zazwyczaj wystarczy od razu zamknąć go w hermetycznym opakowaniu wykonanym z folii wielowarstwowej, które jest lekkie, tanie, chroni przed dostępem powietrza, wilgoci, światła, a często także ciepła.

Największą przeszkodą w masowym wdrożeniu produkcji liofilizatów są wysokie koszty. Proces trwa od 24 do nawet 72 godzin. Przez ten czas liofilizator musi być cały czas włączony i podłączony do źródła zasilania. Koszt suszenia sublimacyjnego przewyższa koszt suszenia tradycyjnego nawet ośmiokrotnie. Są jednak szanse na to, że już niedługo i ten problem zostanie rozwiązany: prowadzi się badania nad zastosowaniem alternatywnych wobec prądu źródeł energetycznych.

W musli i w kosmosie
Liofilizowane produkty mają same zalety: są lekkie, pełnowartościowe, nie zmieniają znacząco swoich kształtów i objętości, a przede wszystkim mają oryginalną strukturę, której nie da się osiągnąć tradycyjnymi metodami suszenia. Zachowują zapach i smak, zmienia się tylko jego odczucie. Dlatego suszone sublimacyjnie owoce znalazły zastosowanie w przemyśle spożywczym. Ich kawałki dodaje się do kisieli, musli, galaretek. Stanowią niecały 1% zawartości opakowania. Wbrew pozorom to dużo, bo im bardziej porowaty jest materiał, tym bardziej odczuwamy jego słodycz i intensywność smaku – wyjaśnia Agnieszka Ciurzyńska. Coraz częściej w sklepach ze zdrową żywnością można znaleźć liofilizowane w całości batoniki.  

Dodając do materiału tyle wody, ile odparowano jej w procesie suszenia, odtwarzamy jego pierwotną formę. Dlatego liofilizacji poddaje się już nie tylko owoce czy warzywa, lecz także całe dania: zupy, mięso, koktajle. Osoby przebywające w stanie nieważkości powinny spożywać około 3 tys. kalorii dziennie. Z powodu panujących warunków ich nosy są wciąż zatkane, przez co smak jest mniej wyczuwalny i mdły. Dlatego wszystkie dania przygotowywane z myślą o podróży w kosmos są pikantne i mocno przyprawiane, zawierają za to niewiele soli.

Przyszłość tkwi w liofilizacji
W Katedrze Inżynierii Żywności i Organizacji Produkcji SGGW prowadzone są badania nad właściwościami sublimacyjnie wysuszonych produktów. Agnieszka Ciurzyńska wraz z kierowanym przez siebie zespołem opracowała innowacyjny produkt truskawkowy na bazie hydrokoloidów, czyli zagęstników roślinnych, które mają stworzyć liofilizowaną galaretkę. Naukowcy współpracują też z biznesem: firmy produkujące liofilizatory proszą o pomoc w określeniu parametrów i wymagań maszyn, przedsiębiorcy zgłaszają się z prośbą o opracowanie metody liofilizowania nowych innowacyjnych surowców. Jeszcze inni widzą w tej metodzie niszę i szukają produktów atrakcyjnych dla konsumentów.

Jak wiele technologii stworzonych na potrzeby kosmonautów, także ta zyskała popularność na Ziemi. Suszone sublimacyjnie potrawy coraz częściej można kupić w specjalistycznych sklepach z asortymentem dla sportowców i podróżników. Łatwość przygotowania i wysokie walory smakowe oraz estetyczne sprawiają, że liofilizaty zwiedzają najbardziej niedostępne miejsca naszego globu – i poza nim.