專利名稱：空間基地飼養(yǎng)蠶作為人類食譜中動物蛋白質(zhì)來源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空間生命保障技術(shù)，具體地說是在人類長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。特別是實現(xiàn)生物循環(huán)再生式生命保障系統(tǒng)中對人類全營養(yǎng)食譜要求的有效辦法。
背景技術(shù)：
建立月球基地、空間實驗室、空間站等中長期載人航天計劃，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的閉環(huán)回路生命保障技術(shù)。在這個系統(tǒng)內(nèi)，生物和非生物以閉路形式進行物質(zhì)與能量的交換，不斷地為乘員提供氧氣、水分和食物，除了陽光以外，基本上無需系統(tǒng)外補給，維持人和動物的生存，建立一種穩(wěn)定的動態(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、日等國對太空食品的組成進行了大量的研究，美國宇航局(NASA)開發(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，但它的營養(yǎng)成分不完全。美國花費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”作物的封閉系統(tǒng)計劃的失敗，暴露了光靠作物種植系統(tǒng)來提供宇航食品，是不能滿足NASA所提出的先進生保系統(tǒng)的條件。應(yīng)該在系統(tǒng)中提供動物蛋白質(zhì)食品，并且將動物蛋白質(zhì)獲取過程中所發(fā)生的代謝作用參與到密閉系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)中。為了實現(xiàn)該目的，世界各國對空間動物飼養(yǎng)進行了大量研究，目前選取的空間動物主要針對魚類、兩棲動物及普通家禽，然而，這些動物空間飼養(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現(xiàn)這些動物的太空飼養(yǎng)遇到一定困難，因此這些動物的空間飼養(yǎng)實驗還基本處于地面實驗階段。如何尋找符合有限空間條件同時提供優(yōu)質(zhì)動物蛋白質(zhì)的空間飼養(yǎng)動物仍是解決生命保障系統(tǒng)閉合性實現(xiàn)問題的關(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)混合飼料來飼養(yǎng)蠶，事實證明蠶(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。蠶能高效地實現(xiàn)空間植物及其不可食部分轉(zhuǎn)化為高動物蛋白營養(yǎng)物質(zhì)，再以蠶蛹及蠶絲作為食物源，供人類食用，為人類提供動物蛋白質(zhì)。蠶在生長過程中產(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)合目前美國等國家航空航天局成功開發(fā)的作物種植系統(tǒng)，就可以較完善地實現(xiàn)生物可再生生命保障系統(tǒng)。
本發(fā)明優(yōu)點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食譜中的動物蛋白來源。
2.蠶蛹及蠶絲能提供均衡豐富的人體所需的營養(yǎng)，如豐富的動物性蛋白、脂肪酸、維生素、礦物質(zhì)稀有元素及未知的營養(yǎng)保健成分。它與太空植物一起可滿足長期太空居住人類對食物營養(yǎng)的要求。
3.蠶有較強生命力，很短的生長周期和高速的生長及繁殖率，能不分晝夜和季節(jié)的連續(xù)高密度培養(yǎng)，以實現(xiàn)太空中高效廉價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)相對其它太空動物飼養(yǎng)環(huán)境和方法更加簡便，飼養(yǎng)過程中蠶產(chǎn)生的廢物極少，不產(chǎn)生有毒有害化學物質(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，不會污染環(huán)境。
5.蠶蛹和蠶絲的加工簡便，食用方法多樣，可直接供人類食用，安全無毒副作用。蠶飼養(yǎng)在地球上的技術(shù)已經(jīng)相當成熟，這使得在空間技術(shù)開發(fā)投資上可花費較少時間和金錢。
6.食蠶蛹具有悠久的歷史，在眾多的可食用昆蟲或昆蟲幼蟲中，在太空推廣蠶作為人類食譜動物蛋白來源從個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。
具體實施辦法蠶具有生長范圍分布廣，種類多，數(shù)量大等特點。世界上各國都有食蠶歷史，故蠶作為食物來源容易使人接受。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，無毒性，操作及設(shè)備簡易。飼養(yǎng)家蠶已經(jīng)是成熟的技術(shù)，且實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)進行飼養(yǎng)，生長情況和營養(yǎng)成分與采用桑葉飼養(yǎng)無明顯差異。蠶在適合條件下自孵化后經(jīng)過30多天飼養(yǎng)即可進入成蛹期，蠶蛹和蠶絲均可作為食用蛋白來源。相對于現(xiàn)有的空間動物養(yǎng)殖系統(tǒng)，蠶養(yǎng)殖所需條件較低，易于操作和實施。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)化為人類需要的動物性高蛋白及其它營養(yǎng)物質(zhì)。結(jié)合各國已開發(fā)成功的太空作物種植系統(tǒng)，可以達到生物再生生命保障系統(tǒng)對生物再生循環(huán)和全營養(yǎng)食譜的要求。
1.蠶食用歷史中國的食蟲歷史早在3000年前的《爾雅》、《周禮》和《禮記》中就有所記載?！洱R民要術(shù)》、《天工開物》、《神農(nóng)本草》、《中國藥物》等更記載了蠶的食療藥用價值。自古以來，鱗翅目昆蟲蠶因其生長范圍分布廣，種類多，數(shù)量大等特點，一直作為我國各地食用昆蟲的主要種類之一，如我國北方人喜食蠶蛾，江浙一帶人們愛吃蠶蛹。在云南省，食用昆蟲以形成極有民族特色的飲食文化，針對蠶的食用和烹調(diào)方法也具有其多樣性。外國多個國家如墨西哥、法國、日本等都已經(jīng)開發(fā)出蠶蛹及蠶絲的多種人類食品。
2.蠶蛹的營養(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養(yǎng)食品。5-6個蠶蛹就相當于1個雞蛋的營養(yǎng)，以同等重量計蛋白質(zhì)含量遠比雞蛋高。
表1為蠶蛹蛋白進行氨基酸測定結(jié)果。蠶蛹中所含8種人體必需氨基酸總含量超過氨基酸總量40％，經(jīng)計算該總量是豬肉的2倍，雞蛋、牛奶的4倍，且相互比例適當，符合FAO/WHO標準。
表1、蠶蛹中氨基酸的含量測定結(jié)果

·蠶蛹油脂中不飽和脂肪酸的含量可達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表2。蛹油中亞麻酸的含量高達30％以上，亞麻酸是人體內(nèi)合成DHA(腦黃金)的原料，對增強智力和記憶力、保護視力有明顯作用，同時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。
對維生素的測定表明，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.蠶絲的營養(yǎng)成分表3蠶絲中氨基酸含量測定結(jié)果

蠶絲中蛋白質(zhì)含量高達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)過簡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，還能促進腸道對Zn、Fe、Mg、Ca元素的吸收。已證實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，各種宇宙射線的強輻射及微重力環(huán)境對宇航員人體的傷害是明顯的，如宇航員白細胞減少、視力下降、營養(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宇航員補充蛋白質(zhì)流失的需求。而且蠶蛹油脂中亞麻酸的含量高達30％以上，亞麻酸是人體內(nèi)合成DHA(腦黃金)的原料，對增強智力和記憶力、保護視力有明顯作用，同時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于抵抗細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，還能促進腸道對Zn、Fe、Mg、Ca元素的吸收。已證實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營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。
5.蠶卵長期儲存本發(fā)明提出以飼養(yǎng)蠶來作為空間基地人類食譜中高動物蛋白來源，蠶卵重量僅為蠶繭(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)蠶的蠶種來源。
昆蟲卵在超低溫狀態(tài)下長期保存的技術(shù)問題在學術(shù)上已經(jīng)得到解決。美國康乃爾大學Lynch將果蠅卵置于液氮罐中超低溫長期保存，復(fù)溫后可達到75～90％蠅卵孵化率。作為長期太空基地生活，液氮罐中超低溫長期保存蠶卵是最簡便易行的無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，必要時對飼養(yǎng)容器進行消毒。紫外線照射時間2h，照射后飼養(yǎng)裝置敞開通風時間2h，其間不進行蠶飼養(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)蠶生命周期進行調(diào)整，取食期內(nèi)部相對濕度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，風速為0.5～1.0級，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，由無毒材料制成。培養(yǎng)箱內(nèi)壁設(shè)有兩組撐條，可用于三個培養(yǎng)盒同時培養(yǎng)，培養(yǎng)盒尺寸520mm×550mm×1140mm，其配套隔板每個隔孔直徑50mm，個數(shù)為144(16×9)，錐狀物高5cm。飼養(yǎng)時蠶卵先在培養(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，每格放入一蠶進行單體飼養(yǎng)。待蠶進入成蛹期直接依附錐狀物吐絲成繭，抽取隔板可取出蠶繭。蠶在生長過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行蠶卵生產(chǎn)。蠶卵會附著在飼養(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)過清洗及表面消毒和簡單可食性處理后可直接食用，無需任何其它加工。
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)提純滅菌處理成無色、無味、無臭的食用絲素粉，再添加適當?shù)淖袅先缁烊牍?、糖、色素、香精及有機酸(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，舌感潤滑，與市場上的果凍食品類似，蠶絲蛋白粉在低溫下能長期保存。
權(quán)利要求
1.在太空基地環(huán)境中飼養(yǎng)蠶作為該環(huán)境中人類食譜中動物蛋白質(zhì)來源；
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)過簡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)卵作為補充；
6.權(quán)利要求1中所述的蠶在飼養(yǎng)時產(chǎn)生的廢物可直接作為太空作物生長肥料；
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、探險、自然災(zāi)害和意外事件等造成的食物短缺時動物蛋白質(zhì)的供給。
全文摘要
本發(fā)明涉及空間生命保障技術(shù)，具體地說是在人類長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物蛋白質(zhì)來源，從何實現(xiàn)在生物再生式生命保障系統(tǒng)中關(guān)于人類全價食譜的要求。該技術(shù)操作簡便、投資較低，通過本發(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物性蛋白。
文檔編號A23J3/00GK101049161SQ20061001161
公開日2007年10月10日 申請日期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, 胡訓杰, 韓冬, 陳亞松, 鄭磊 申請人:北京航空航天大學