專利名稱：空間基地飼養(yǎng)蠶作為人類食譜中動(dòng)物蛋白質(zhì)來(lái)源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空間生命保障技術(shù)，具體地說(shuō)是在人類長(zhǎng)期太空生活基地中飼養(yǎng)蠶作為一種宇航食品的生產(chǎn)方法。特別是實(shí)現(xiàn)生物循環(huán)再生式生命保障系統(tǒng)中對(duì)人類全營(yíng)養(yǎng)食譜要求的有效辦法。
背景技術(shù)：
建立月球基地、空間實(shí)驗(yàn)室、空間站等中長(zhǎng)期載人航天計(jì)劃，生命保障技術(shù)是其中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。受控生態(tài)生命保障系統(tǒng)(Controlled Ecological Life-Support System，CELSS)，又稱為生物再生式生命保障系統(tǒng)(Bioregenerative Life Support System，BLSS)，是目前世界上最先進(jìn)的閉環(huán)回路生命保障技術(shù)。在這個(gè)系統(tǒng)內(nèi)，生物和非生物以閉路形式進(jìn)行物質(zhì)與能量的交換，不斷地為乘員提供氧氣、水分和食物，除了陽(yáng)光以外，基本上無(wú)需系統(tǒng)外補(bǔ)給，維持人和動(dòng)物的生存，建立一種穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡生態(tài)環(huán)境。
生命保障系統(tǒng)的組成和閉合程度取決于人類的食譜，美、俄、日等國(guó)對(duì)太空食品的組成進(jìn)行了大量的研究，美國(guó)宇航局(NASA)開(kāi)發(fā)的空間種植作物系統(tǒng)，如小麥、大豆、土豆等，它們能在光照下，生產(chǎn)供食用的淀粉、植物蛋白、維生素等，但它的營(yíng)養(yǎng)成分不完全。美國(guó)花費(fèi)1.5億美元在亞利桑那州沙漠中興建的所謂人造小地球“生物圈2號(hào)”作物的封閉系統(tǒng)計(jì)劃的失敗，暴露了光靠作物種植系統(tǒng)來(lái)提供宇航食品，是不能滿足NASA所提出的先進(jìn)生保系統(tǒng)的條件。應(yīng)該在系統(tǒng)中提供動(dòng)物蛋白質(zhì)食品，并且將動(dòng)物蛋白質(zhì)獲取過(guò)程中所發(fā)生的代謝作用參與到密閉系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)中。為了實(shí)現(xiàn)該目的，世界各國(guó)對(duì)空間動(dòng)物飼養(yǎng)進(jìn)行了大量研究，目前選取的空間動(dòng)物主要針對(duì)魚(yú)類、兩棲動(dòng)物及普通家禽，然而，這些動(dòng)物空間飼養(yǎng)因其飼養(yǎng)空間所需體積大、需要食物量大、代謝廢物多及成本高等限制條件使真正實(shí)現(xiàn)這些動(dòng)物的太空飼養(yǎng)遇到一定困難，因此這些動(dòng)物的空間飼養(yǎng)實(shí)驗(yàn)還基本處于地面實(shí)驗(yàn)階段。如何尋找符合有限空間條件同時(shí)提供優(yōu)質(zhì)動(dòng)物蛋白質(zhì)的空間飼養(yǎng)動(dòng)物仍是解決生命保障系統(tǒng)閉合性實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的關(guān)鍵之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種新的方法，使人類在太空基地利用太空作物不可食用部分(萵苣葉、麥麩等)和部分太空作物(豆粉等)混合飼料來(lái)飼養(yǎng)蠶，事實(shí)證明蠶(包括家蠶)能夠靠食用葉菜和成分以豆粉為主的人工飼料存活和生長(zhǎng)。蠶能高效地實(shí)現(xiàn)空間植物及其不可食部分轉(zhuǎn)化為高動(dòng)物蛋白營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，再以蠶蛹及蠶絲作為食物源，供人類食用，為人類提供動(dòng)物蛋白質(zhì)。蠶在生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的廢物量少，可作為作物肥料循環(huán)使用。用此方法，再結(jié)合目前美國(guó)等國(guó)家航空航天局成功開(kāi)發(fā)的作物種植系統(tǒng)，就可以較完善地實(shí)現(xiàn)生物可再生生命保障系統(tǒng)。
本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)1.在太空中飼養(yǎng)蠶可將部分太空植物性蛋白高效轉(zhuǎn)化為動(dòng)物性蛋白，有效解決了生物再生式保障系統(tǒng)中所要求的人類全價(jià)食譜中的動(dòng)物蛋白來(lái)源。
2.蠶蛹及蠶絲能提供均衡豐富的人體所需的營(yíng)養(yǎng)，如豐富的動(dòng)物性蛋白、脂肪酸、維生素、礦物質(zhì)稀有元素及未知的營(yíng)養(yǎng)保健成分。它與太空植物一起可滿足長(zhǎng)期太空居住人類對(duì)食物營(yíng)養(yǎng)的要求。
3.蠶有較強(qiáng)生命力，很短的生長(zhǎng)周期和高速的生長(zhǎng)及繁殖率，能不分晝夜和季節(jié)的連續(xù)高密度培養(yǎng)，以實(shí)現(xiàn)太空中高效廉價(jià)和自給自足的食物源生產(chǎn)。
4.蠶飼養(yǎng)空間所需體積小、飼養(yǎng)相對(duì)其它太空動(dòng)物飼養(yǎng)環(huán)境和方法更加簡(jiǎn)便，飼養(yǎng)過(guò)程中蠶產(chǎn)生的廢物極少，不產(chǎn)生有毒有害化學(xué)物質(zhì)，蠶的排泄物可以作為植物肥料參加到受控生態(tài)生命保障系統(tǒng)中，不會(huì)污染環(huán)境。
5.蠶蛹和蠶絲的加工簡(jiǎn)便，食用方法多樣，可直接供人類食用，安全無(wú)毒副作用。蠶飼養(yǎng)在地球上的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，這使得在空間技術(shù)開(kāi)發(fā)投資上可花費(fèi)較少時(shí)間和金錢(qián)。
6.食蠶蛹具有悠久的歷史，在眾多的可食用昆蟲(chóng)或昆蟲(chóng)幼蟲(chóng)中，在太空推廣蠶作為人類食譜動(dòng)物蛋白來(lái)源從個(gè)人感官及心理上比較容易被接受。


.太空基地人類居住環(huán)境中生物再生循環(huán)系統(tǒng)原理圖。
具體實(shí)施辦法蠶具有生長(zhǎng)范圍分布廣，種類多，數(shù)量大等特點(diǎn)。世界上各國(guó)都有食蠶歷史，故蠶作為食物來(lái)源容易使人接受。本發(fā)明中以家蠶為例，因其飼養(yǎng)條件要求低，生命周期短，高產(chǎn)出，無(wú)毒性，操作及設(shè)備簡(jiǎn)易。飼養(yǎng)家蠶已經(jīng)是成熟的技術(shù)，且實(shí)踐證明家蠶可采用人工飼料(主要成分為豆粉)或葉菜(如萵苣葉)進(jìn)行飼養(yǎng)，生長(zhǎng)情況和營(yíng)養(yǎng)成分與采用桑葉飼養(yǎng)無(wú)明顯差異。蠶在適合條件下自孵化后經(jīng)過(guò)30多天飼養(yǎng)即可進(jìn)入成蛹期，蠶蛹和蠶絲均可作為食用蛋白來(lái)源。相對(duì)于現(xiàn)有的空間動(dòng)物養(yǎng)殖系統(tǒng)，蠶養(yǎng)殖所需條件較低，易于操作和實(shí)施。蠶飼養(yǎng)中蠶排泄的廢物量小，易于清理，且可作為肥料使用。
本發(fā)明在太空基地人類居住環(huán)境中養(yǎng)殖蠶，采用太空作物不可食用部分(萵苣葉、麥麩等)和部分太空作物(豆粉等)直接轉(zhuǎn)化為人類需要的動(dòng)物性高蛋白及其它營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。結(jié)合各國(guó)已開(kāi)發(fā)成功的太空作物種植系統(tǒng)，可以達(dá)到生物再生生命保障系統(tǒng)對(duì)生物再生循環(huán)和全營(yíng)養(yǎng)食譜的要求。
1.蠶食用歷史中國(guó)的食蟲(chóng)歷史早在3000年前的《爾雅》、《周禮》和《禮記》中就有所記載?！洱R民要術(shù)》、《天工開(kāi)物》、《神農(nóng)本草》、《中國(guó)藥物》等更記載了蠶的食療藥用價(jià)值。自古以來(lái)，鱗翅目昆蟲(chóng)蠶因其生長(zhǎng)范圍分布廣，種類多，數(shù)量大等特點(diǎn)，一直作為我國(guó)各地食用昆蟲(chóng)的主要種類之一，如我國(guó)北方人喜食蠶蛾，江浙一帶人們愛(ài)吃蠶蛹。在云南省，食用昆蟲(chóng)以形成極有民族特色的飲食文化，針對(duì)蠶的食用和烹調(diào)方法也具有其多樣性。外國(guó)多個(gè)國(guó)家如墨西哥、法國(guó)、日本等都已經(jīng)開(kāi)發(fā)出蠶蛹及蠶絲的多種人類食品。
2.蠶蛹的營(yíng)養(yǎng)成分蠶蛹是蠶繭的主要構(gòu)成部分，占鮮繭質(zhì)量80％，干繭質(zhì)量50％。據(jù)北京營(yíng)養(yǎng)源研究所分析，干蛹含蛋白質(zhì)52.14％，脂肪31.25％，碳水化合物7.8％，鈣0.14％，磷0.99％，以及其它微量元素和甲殼質(zhì)等。其蛋白質(zhì)含量高于豬肉、雞蛋，而脂肪卻低于豬肉(主要是不飽和脂肪酸)，因此是高蛋白低脂肪的營(yíng)養(yǎng)食品。5-6個(gè)蠶蛹就相當(dāng)于1個(gè)雞蛋的營(yíng)養(yǎng)，以同等重量計(jì)蛋白質(zhì)含量遠(yuǎn)比雞蛋高。
表1為蠶蛹蛋白進(jìn)行氨基酸測(cè)定結(jié)果。蠶蛹中所含8種人體必需氨基酸總含量超過(guò)氨基酸總量40％，經(jīng)計(jì)算該總量是豬肉的2倍，雞蛋、牛奶的4倍，且相互比例適當(dāng)，符合FAO/WHO標(biāo)準(zhǔn)。
表1、蠶蛹中氨基酸的含量測(cè)定結(jié)果

·蠶蛹油脂中不飽和脂肪酸的含量可達(dá)30％左右，其中8％～10％的為游離脂肪酸，蠶蛹油脂中不飽和脂肪酸成分見(jiàn)表2。蛹油中亞麻酸的含量高達(dá)30％以上，亞麻酸是人體內(nèi)合成DHA(腦黃金)的原料，對(duì)增強(qiáng)智力和記憶力、保護(hù)視力有明顯作用，同時(shí)有降低血脂等保健功能。此外蠶蛹油脂還含有1％以上的β-甾醇、膽甾醇與菜油甾醇等不皂化物。
對(duì)維生素的測(cè)定表明，家蠶含有維生素A是牛奶、雞蛋的34倍和2.7倍，此外維生素E含量是牛奶和雞蛋的22倍和3.8倍；維生素B含量是牛奶和雞蛋的341倍和145倍。蠶蛹體內(nèi)還富含電解質(zhì)元素鉀、鈉、鈣、錳外，還含有大量人體必需的微量元素，如鋅、鐵、錳等。
表2、蠶蛹油脂中不飽和脂肪酸組成

3.蠶絲的營(yíng)養(yǎng)成分表3蠶絲中氨基酸含量測(cè)定結(jié)果

蠶絲中蛋白質(zhì)含量高達(dá)98％，其包括絲素蛋白和絲膠蛋白兩種成分，表3為蠶絲蛋白質(zhì)中絲素和絲膠氨基酸組成。蠶絲經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單水解后能制成絲蛋白。絲蛋白由18種氨基酸組成，其中7％左右為人體八種必需氨基酸，其中Cly、Ala、Ser、Try四種氨基酸含量總和占其氨基酸總量的88.4％。絲蛋白曾水溶性，極易被人體吸收且能被人體正常消化外，還能促進(jìn)腸道對(duì)Zn、Fe、Mg、Ca元素的吸收。已證實(shí)絲膠蛋白具有與蕎麥蛋白相類似的抗多種酶分解的性質(zhì)，絲膠蛋白作為食物或添加劑有助于改善人體健康。
蠶蛹與蠶絲的保健功能4.蠶蛹與蠶絲的保健功能太空中由于缺少地球大氣層屏障的保護(hù)，各種宇宙射線的強(qiáng)輻射及微重力環(huán)境對(duì)宇航員人體的傷害是明顯的，如宇航員白細(xì)胞減少、視力下降、營(yíng)養(yǎng)吸收功能下降和肌肉蛋白迅速流失等。蠶蛹和蠶絲高蛋白含量能彌補(bǔ)宇航員補(bǔ)充蛋白質(zhì)流失的需求。而且蠶蛹油脂中亞麻酸的含量高達(dá)30％以上，亞麻酸是人體內(nèi)合成DHA(腦黃金)的原料，對(duì)增強(qiáng)智力和記憶力、保護(hù)視力有明顯作用，同時(shí)有降低血脂等保健功能。此外蠶蛹油脂還含有1％以上的β-甾醇、膽甾醇與菜油甾醇等不皂化物，研究證明這些化合物對(duì)于抵抗細(xì)胞老化和變異起著重要作用。絲蛋白呈水溶性，極易被人體吸收且能被人體正常消化外，還能促進(jìn)腸道對(duì)Zn、Fe、Mg、Ca元素的吸收。已證實(shí)絲膠蛋白具有與蕎麥蛋白相類似的抗多種酶分解的性質(zhì)，絲膠蛋白作為食物或添加劑有助于改善人體對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。
5.蠶卵長(zhǎng)期儲(chǔ)存本發(fā)明提出以飼養(yǎng)蠶來(lái)作為空間基地人類食譜中高動(dòng)物蛋白來(lái)源，蠶卵重量?jī)H為蠶繭(包括蠶蛹和蠶絲)重量的1/1000左右，由地球帶至太空的蠶卵可以解決在太空飼養(yǎng)蠶的蠶種來(lái)源。
昆蟲(chóng)卵在超低溫狀態(tài)下長(zhǎng)期保存的技術(shù)問(wèn)題在學(xué)術(shù)上已經(jīng)得到解決。美國(guó)康乃爾大學(xué)Lynch將果蠅卵置于液氮罐中超低溫長(zhǎng)期保存，復(fù)溫后可達(dá)到75～90％蠅卵孵化率。作為長(zhǎng)期太空基地生活，液氮罐中超低溫長(zhǎng)期保存蠶卵是最簡(jiǎn)便易行的無(wú)限期保存食品源的方法。
6.蠶飼養(yǎng)6.1蠶飼料的配制(占飼料的重量百分比)豆粉(空間作物烘干磨碎制成)占50％～60％，纖維素粉(空間作物不可食部分如麥麩，豆皮烘干加工而成)占10％～20％，空間作物菜葉占10％～20％(菜葉需破碎成直徑1～2mm碎片)。
6.2飼料的處理·將上述飼料混合后采用紫外線或微波滅菌處理，飼料濕度需保持在60～70％之間。
6.3飼養(yǎng)容器的消毒飼養(yǎng)裝置內(nèi)壁安裝消毒用的紫外燈，必要時(shí)對(duì)飼養(yǎng)容器進(jìn)行消毒。紫外線照射時(shí)間2h，照射后飼養(yǎng)裝置敞開(kāi)通風(fēng)時(shí)間2h，其間不進(jìn)行蠶飼養(yǎng)。
6.4飼養(yǎng)條件.飼養(yǎng)裝置需與外界隔離。裝置內(nèi)溫度保持在22～30℃，空氣濕度根據(jù)蠶生命周期進(jìn)行調(diào)整，取食期內(nèi)部相對(duì)濕度85～90％，休眠期(成繭期)降至60～70％?？諝獬煞峙c人類在太空中生活環(huán)境空氣成分相同，保持通風(fēng)，風(fēng)速為0.5～1.0級(jí)，光照L∶D＝16∶8h。
6.5飼養(yǎng)方法飼養(yǎng)裝置為專用飼養(yǎng)箱。飼養(yǎng)箱規(guī)格為830mm×850mm×1850mm，由無(wú)毒材料制成。培養(yǎng)箱內(nèi)壁設(shè)有兩組撐條，可用于三個(gè)培養(yǎng)盒同時(shí)培養(yǎng)，培養(yǎng)盒尺寸520mm×550mm×1140mm，其配套隔板每個(gè)隔孔直徑50mm，個(gè)數(shù)為144(16×9)，錐狀物高5cm。飼養(yǎng)時(shí)蠶卵先在培養(yǎng)盒中孵化并飼養(yǎng)至一、二齡蠶，然后在飼養(yǎng)盒中加入隔板，每格放入一蠶進(jìn)行單體飼養(yǎng)。待蠶進(jìn)入成蛹期直接依附錐狀物吐絲成繭，抽取隔板可取出蠶繭。蠶在生長(zhǎng)過(guò)程中的排泄廢物由飼養(yǎng)盒底部小孔落入飼養(yǎng)箱底部進(jìn)行清理，蠶糞可作為太空作物肥料等循環(huán)使用。意外情況或特殊需要下進(jìn)行蠶卵生產(chǎn)。蠶卵會(huì)附著在飼養(yǎng)盒底部，抽取飼養(yǎng)盒即可獲得蠶卵。
7.蠶蛹及蠶絲加工步驟7.1蠶蛹加工步驟將飼養(yǎng)至成繭期的蠶去除包裹的蠶絲后即可得到蠶蛹，經(jīng)過(guò)清洗及表面消毒和簡(jiǎn)單可食性處理后可直接食用，無(wú)需任何其它加工。
7.2蠶絲加工步驟蠶絲蛋白水解提取方法采用Ajisawa法蠶絲脫膠后加入15倍Ajisawa試劑(氯化鈣/乙醇/水，重量比111/92/144)加熱到75℃水解為清澈絲蛋白溶液，再經(jīng)提純滅菌處理成無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭的食用絲素粉，再添加適當(dāng)?shù)淖袅先缁烊牍?、糖、色素、香精及有機(jī)酸(檸檬酸等)中，在室溫下即可凝固成膠狀體(可食絲蛋白)，入口即可溶化，口感類似果醬，舌感潤(rùn)滑，與市場(chǎng)上的果凍食品類似，蠶絲蛋白粉在低溫下能長(zhǎng)期保存。
權(quán)利要求
1.在太空基地環(huán)境中飼養(yǎng)蠶作為該環(huán)境中人類食譜中動(dòng)物蛋白質(zhì)來(lái)源；
2.權(quán)利要求1中所述的蠶包括家蠶及其它所有可食用的蠶品種；
3.權(quán)利要求1中所述的蠶是以空間環(huán)境中部分太空作物喂養(yǎng)，將空間植物及其不可食部分轉(zhuǎn)化為高效動(dòng)物蛋白而利用；
4.權(quán)利要求1中所述的蠶是指由蠶卵飼養(yǎng)至成繭期后未生成蠶蛾而提取蠶蛹和蠶絲，直接經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單加工后作為人類食品。蠶絲加工后的產(chǎn)品蠶絲蛋白粉可作為人類食品長(zhǎng)期冷藏；
5.權(quán)利要求1中所述的蠶的卵可由地球上帶到空間基地，并在太空中由液氮超低溫保存，隨后解凍后可孵化培養(yǎng)，意外情況或特殊需要下也可飼養(yǎng)蠶蛾產(chǎn)卵作為補(bǔ)充；
6.權(quán)利要求1中所述的蠶在飼養(yǎng)時(shí)產(chǎn)生的廢物可直接作為太空作物生長(zhǎng)肥料；
7.權(quán)利要求1中所述的蠶，此法可用于近地球軌道太空居住或地球上人類遇到戰(zhàn)爭(zhēng)、探險(xiǎn)、自然災(zāi)害和意外事件等造成的食物短缺時(shí)動(dòng)物蛋白質(zhì)的供給。
全文摘要
本發(fā)明涉及空間生命保障技術(shù)，具體地說(shuō)是在人類長(zhǎng)期太空生活基地中一種宇航食品的生產(chǎn)方法。本法以太空作物為飼料飼養(yǎng)蠶，把蠶蛹和蠶絲作為空間基地中人類食譜高效動(dòng)物蛋白質(zhì)來(lái)源，從何實(shí)現(xiàn)在生物再生式生命保障系統(tǒng)中關(guān)于人類全價(jià)食譜的要求。該技術(shù)操作簡(jiǎn)便、投資較低，通過(guò)本發(fā)明可高效生產(chǎn)蠶蛹及蠶絲中高含量、口感好、易于吸收且含有多種保健功能的動(dòng)物性蛋白。
文檔編號(hào)A23J3/00GK101049161SQ20061001161
公開(kāi)日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2006年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月7日
發(fā)明者楊玉楠, 湯歷漫, 劉紅, 任娜, 胡訓(xùn)杰, 韓冬, 陳亞松, 鄭磊 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)