CN101049161A - 空间基地饲养蚕作为人类食谱中动物蛋白质来源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空间生命保障技术，具体地说是在人类长期太空生活基地中一种宇航食品的生产方法。本法以太空作物为饲料饲养蚕，把蚕蛹和蚕丝作为空间基地中人类食谱高效动物蛋白质来源，从何实现在生物再生式生命保障系统中关于人类全价食谱的要求。该技术操作简便、投资较低，通过本发明可高效生产蚕蛹及蚕丝中高含量、口感好、易于吸收且含有多种保健功能的动物性蛋白。

Description

空间基地饲养蚕作为人类食谱中动物蛋白质来源

技术领域

本发明涉及空间生命保障技术，具体地说是在人类长期太空生活基地中饲养蚕作为一种宇航食品的生产方法。特别是实现生物循环再生式生命保障系统中对人类全营养食谱要求的有效办法。

背景技术

建立月球基地、空间实验室、空间站等中长期载人航天计划，生命保障技术是其中的关键技术环节。受控生态生命保障系统(Controlled Ecological Life-Support System，CELSS)，又称为生物再生式生命保障系统(Bioregenerative Life Support System，BLSS)，是目前世界上最先进的闭环回路生命保障技术。在这个系统内，生物和非生物以闭路形式进行物质与能量的交换，不断地为乘员提供氧气、水分和食物，除了阳光以外，基本上无需系统外补给，维持人和动物的生存，建立一种稳定的动态平衡生态环境。

生命保障系统的组成和闭合程度取决于人类的食谱，美、俄、日等国对太空食品的组成进行了大量的研究，美国宇航局(NASA)开发的空间种植作物系统，如小麦、大豆、土豆等，它们能在光照下，生产供食用的淀粉、植物蛋白、维生素等，但它的营养成分不完全。美国花费1.5亿美元在亚利桑那州沙漠中兴建的所谓人造小地球“生物圈2号”作物的封闭系统计划的失败，暴露了光靠作物种植系统来提供宇航食品，是不能满足NASA所提出的先进生保系统的条件。应该在系统中提供动物蛋白质食品，并且将动物蛋白质获取过程中所发生的代谢作用参与到密闭系统的物质循环中。为了实现该目的，世界各国对空间动物饲养进行了大量研究，目前选取的空间动物主要针对鱼类、两栖动物及普通家禽，然而，这些动物空间饲养因其饲养空间所需体积大、需要食物量大、代谢废物多及成本高等限制条件使真正实现这些动物的太空饲养遇到一定困难，因此这些动物的空间饲养实验还基本处于地面实验阶段。如何寻找符合有限空间条件同时提供优质动物蛋白质的空间饲养动物仍是解决生命保障系统闭合性实现问题的关键之一。

发明内容

本发明旨在提供一种新的方法，使人类在太空基地利用太空作物不可食用部分(莴苣叶、麦麸等)和部分太空作物(豆粉等)混合饲料来饲养蚕，事实证明蚕(包括家蚕)能够靠食用叶菜和成分以豆粉为主的人工饲料存活和生长。蚕能高效地实现空间植物及其不可食部分转化为高动物蛋白营养物质，再以蚕蛹及蚕丝作为食物源，供人类食用，为人类提供动物蛋白质。蚕在生长过程中产生的废物量少，可作为作物肥料循环使用。用此方法，再结合目前美国等国家航空航天局成功开发的作物种植系统，就可以较完善地实现生物可再生生命保障系统。

本发明优点：

1.在太空中饲养蚕可将部分太空植物性蛋白高效转化为动物性蛋白，有效解决了生物再生式保障系统中所要求的人类全价食谱中的动物蛋白来源。

2.蚕蛹及蚕丝能提供均衡丰富的人体所需的营养，如丰富的动物性蛋白、脂肪酸、维生素、矿物质稀有元素及未知的营养保健成分。它与太空植物一起可满足长期太空居住人类对食物营养的要求。

3.蚕有较强生命力，很短的生长周期和高速的生长及繁殖率，能不分昼夜和季节的连续高密度培养，以实现太空中高效廉价和自给自足的食物源生产。

4.蚕饲养空间所需体积小、饲养相对其它太空动物饲养环境和方法更加简便，饲养过程中蚕产生的废物极少，不产生有毒有害化学物质，蚕的排泄物可以作为植物肥料参加到受控生态生命保障系统中，不会污染环境。

5.蚕蛹和蚕丝的加工简便，食用方法多样，可直接供人类食用，安全无毒副作用。蚕饲养在地球上的技术已经相当成熟，这使得在空间技术开发投资上可花费较少时间和金钱。

6.食蚕蛹具有悠久的历史，在众多的可食用昆虫或昆虫幼虫中，在太空推广蚕作为人类食谱动物蛋白来源从个人感官及心理上比较容易被接受。

附图说明

.太空基地人类居住环境中生物再生循环系统原理图。

具体实施办法：

蚕具有生长范围分布广，种类多，数量大等特点。世界上各国都有食蚕历史，故蚕作为食物来源容易使人接受。本发明中以家蚕为例，因其饲养条件要求低，生命周期短，高产出，无毒性，操作及设备简易。饲养家蚕已经是成熟的技术，且实践证明家蚕可采用人工饲料(主要成分为豆粉)或叶菜(如莴苣叶)进行饲养，生长情况和营养成分与采用桑叶饲养无明显差异。蚕在适合条件下自孵化后经过30多天饲养即可进入成蛹期，蚕蛹和蚕丝均可作为食用蛋白来源。相对于现有的空间动物养殖系统，蚕养殖所需条件较低，易于操作和实施。蚕饲养中蚕排泄的废物量小，易于清理，且可作为肥料使用。

本发明在太空基地人类居住环境中养殖蚕，采用太空作物不可食用部分(莴苣叶、麦麸等)和部分太空作物(豆粉等)直接转化为人类需要的动物性高蛋白及其它营养物质。结合各国已开发成功的太空作物种植系统，可以达到生物再生生命保障系统对生物再生循环和全营养食谱的要求。

1.蚕食用历史

中国的食虫历史早在3000年前的《尔雅》、《周礼》和《礼记》中就有所记载。《齐民要术》、《天工开物》、《神农本草》、《中国药物》等更记载了蚕的食疗药用价值。自古以来，鳞翅目昆虫蚕因其生长范围分布广，种类多，数量大等特点，一直作为我国各地食用昆虫的主要种类之一，如我国北方人喜食蚕蛾，江浙一带人们爱吃蚕蛹。在云南省，食用昆虫以形成极有民族特色的饮食文化，针对蚕的食用和烹调方法也具有其多样性。外国多个国家如墨西哥、法国、日本等都已经开发出蚕蛹及蚕丝的多种人类食品。

2.蚕蛹的营养成分

蚕蛹是蚕茧的主要构成部分，占鲜茧质量80％，干茧质量50％。据北京营养源研究所分析，干蛹含蛋白质52.14％，脂肪31.25％，碳水化合物7.8％，钙0.14％，磷0.99％，以及其它微量元素和甲壳质等。其蛋白质含量高于猪肉、鸡蛋，而脂肪却低于猪肉(主要是不饱和脂肪酸)，因此是高蛋白低脂肪的营养食品。5-6个蚕蛹就相当于1个鸡蛋的营养，以同等重量计蛋白质含量远比鸡蛋高。

表1为蚕蛹蛋白进行氨基酸测定结果。蚕蛹中所含8种人体必需氨基酸总含量超过氨基酸总量40％，经计算该总量是猪肉的2倍，鸡蛋、牛奶的4倍，且相互比例适当，符合FAO/WHO标准。

表1、蚕蛹中氨基酸的含量测定结果

物质	含量(％W’/蛋白质W)
		异亮氨酸亮氨酸赖氨酸苯丙氨酸酪氨酸胱氨酸蛋氨酸苏氨酸色氨酸组氨酸精氨酸门冬氨酸谷氨酸丝氨酸脯氨酸甘氨酸丙氨酸缬氨酸	1.602.533.021.342.380.871.301.581.221.853.583.664.961.642.611.831.791.98

·蚕蛹油脂中不饱和脂肪酸的含量可达30％左右，其中8％～10％的为游离脂肪酸，蚕蛹油脂中不饱和脂肪酸成分见表2。蛹油中亚麻酸的含量高达30％以上，亚麻酸是人体内合成DHA(脑黄金)的原料，对增强智力和记忆力、保护视力有明显作用，同时有降低血脂等保健功能。此外蚕蛹油脂还含有1％以上的β-甾醇、胆甾醇与菜油甾醇等不皂化物。

对维生素的测定表明，家蚕含有维生素A是牛奶、鸡蛋的34倍和2.7倍，此外维生素E含量是牛奶和鸡蛋的22倍和3.8倍；维生素B含量是牛奶和鸡蛋的341倍和145倍。蚕蛹体内还富含电解质元素钾、钠、钙、锰外，还含有大量人体必需的微量元素，如锌、铁、锰等。

表2、蚕蛹油脂中不饱和脂肪酸组成

物质	含量(％W’/脂肪酸W)
		十四酸十八酸十六碳-烯酸十六酸亚油酸亚麻酸油酸	0.3807.1100.49020.907.47030.5033.10

3.蚕丝的营养成分

           表3蚕丝中氨基酸含量测定结果

物质	丝素(％W’/蛋白质W)	丝胶(％W’/蛋白质W)
			甘氨酸丙氨酸缬氨酸苯丙氨酸酪氨酸胱氨酸蛋氨酸苏氨酸色氨酸组氨酸精氨酸门冬氨酸谷氨酸丝氨酸脯氨酸异亮氨酸亮氨酸赖氨酸	41.8127.033.040.666.440.300.700.580.600.361.831.231.2912.450.340.310.320.71	13.754.902.021.072.970.200.878.070.501.913.5819.623.2533.311.400.910.800.87

蚕丝中蛋白质含量高达98％，其包括丝素蛋白和丝胶蛋白两种成分，表3为蚕丝蛋白质中丝素和丝胶氨基酸组成。蚕丝经过简单水解后能制成丝蛋白。丝蛋白由18种氨基酸组成，其中7％左右为人体八种必需氨基酸，其中Cly、Ala、Ser、Try四种氨基酸含量总和占其氨基酸总量的88.4％。丝蛋白曾水溶性，极易被人体吸收且能被人体正常消化外，还能促进肠道对Zn、Fe、Mg、Ca元素的吸收。已证实丝胶蛋白具有与荞麦蛋白相类似的抗多种酶分解的性质，丝胶蛋白作为食物或添加剂有助于改善人体健康。

蚕蛹与蚕丝的保健功能

4.蚕蛹与蚕丝的保健功能

太空中由于缺少地球大气层屏障的保护，各种宇宙射线的强辐射及微重力环境对宇航员人体的伤害是明显的，如宇航员白细胞减少、视力下降、营养吸收功能下降和肌肉蛋白迅速流失等。蚕蛹和蚕丝高蛋白含量能弥补宇航员补充蛋白质流失的需求。而且蚕蛹油脂中亚麻酸的含量高达30％以上，亚麻酸是人体内合成DHA(脑黄金)的原料，对增强智力和记忆力、保护视力有明显作用，同时有降低血脂等保健功能。此外蚕蛹油脂还含有1％以上的β-甾醇、胆甾醇与菜油甾醇等不皂化物，研究证明这些化合物对于抵抗细胞老化和变异起着重要作用。丝蛋白呈水溶性，极易被人体吸收且能被人体正常消化外，还能促进肠道对Zn、Fe、Mg、Ca元素的吸收。已证实丝胶蛋白具有与荞麦蛋白相类似的抗多种酶分解的性质，丝胶蛋白作为食物或添加剂有助于改善人体对营养物质的吸收。

5.蚕卵长期储存

本发明提出以饲养蚕来作为空间基地人类食谱中高动物蛋白来源，蚕卵重量仅为蚕茧(包括蚕蛹和蚕丝)重量的1/1000左右，由地球带至太空的蚕卵可以解决在太空饲养蚕的蚕种来源。

昆虫卵在超低温状态下长期保存的技术问题在学术上已经得到解决。美国康乃尔大学Lynch将果蝇卵置于液氮罐中超低温长期保存，复温后可达到75～90％蝇卵孵化率。作为长期太空基地生活，液氮罐中超低温长期保存蚕卵是最简便易行的无限期保存食品源的方法。

6.蚕饲养

6.1蚕饲料的配制(占饲料的重量百分比)

豆粉(空间作物烘干磨碎制成)占50％～60％，纤维素粉(空间作物不可食部分如麦麸，豆皮烘干加工而成)占10％～20％，空间作物菜叶占10％～20％(菜叶需破碎成直径1～2mm碎片)。

6.2饲料的处理

·将上述饲料混合后采用紫外线或微波灭菌处理，饲料湿度需保持在60～70％之间。

6.3饲养容器的消毒

饲养装置内壁安装消毒用的紫外灯，必要时对饲养容器进行消毒。紫外线照射时间2h，照射后饲养装置敞开通风时间2h，其间不进行蚕饲养。

6.4饲养条件

.饲养装置需与外界隔离。装置内温度保持在22～30℃，空气湿度根据蚕生命周期进行调整，取食期内部相对湿度85～90％，休眠期(成茧期)降至60～70％。空气成分与人类在太空中生活环境空气成分相同，保持通风，风速为0.5～1.0级，光照L∶D＝16∶8h。

6.5饲养方法

饲养装置为专用饲养箱。饲养箱规格为830mm×850mm×1850mm，由无毒材料制成。培养箱内壁设有两组撑条，可用于三个培养盒同时培养，培养盒尺寸520mm×550mm×1140mm，其配套隔板每个隔孔直径50mm，个数为144(16×9)，锥状物高5cm。饲养时蚕卵先在培养盒中孵化并饲养至一、二龄蚕，然后在饲养盒中加入隔板，每格放入一蚕进行单体饲养。待蚕进入成蛹期直接依附锥状物吐丝成茧，抽取隔板可取出蚕茧。蚕在生长过程中的排泄废物由饲养盒底部小孔落入饲养箱底部进行清理，蚕粪可作为太空作物肥料等循环使用。意外情况或特殊需要下进行蚕卵生产。蚕卵会附着在饲养盒底部，抽取饲养盒即可获得蚕卵。

7.蚕蛹及蚕丝加工步骤

7.1蚕蛹加工步骤

将饲养至成茧期的蚕去除包裹的蚕丝后即可得到蚕蛹，经过清洗及表面消毒和简单可食性处理后可直接食用，无需任何其它加工。

7.2蚕丝加工步骤

蚕丝蛋白水解提取方法采用Ajisawa法：蚕丝脱胶后加入15倍Ajisawa试剂(氯化钙/乙醇/水，重量比111/92/144)加热到75℃水解为清澈丝蛋白溶液，再经提纯灭菌处理成无色、无味、无臭的食用丝素粉，再添加适当的佐料如混入果汁、糖、色素、香精及有机酸(柠檬酸等)中，在室温下即可凝固成胶状体(可食丝蛋白)，入口即可溶化，口感类似果酱，舌感润滑，与市场上的果冻食品类似，蚕丝蛋白粉在低温下能长期保存。

Claims (7)

1.在太空基地环境中饲养蚕作为该环境中人类食谱中动物蛋白质来源；

2.权利要求1中所述的蚕包括家蚕及其它所有可食用的蚕品种；

3.权利要求1中所述的蚕是以空间环境中部分太空作物喂养，将空间植物及其不可食部分转化为高效动物蛋白而利用；

4.权利要求1中所述的蚕是指由蚕卵饲养至成茧期后未生成蚕蛾而提取蚕蛹和蚕丝，直接经过简单加工后作为人类食品。蚕丝加工后的产品蚕丝蛋白粉可作为人类食品长期冷藏；

5.权利要求1中所述的蚕的卵可由地球上带到空间基地，并在太空中由液氮超低温保存，随后解冻后可孵化培养，意外情况或特殊需要下也可饲养蚕蛾产卵作为补充；

6.权利要求1中所述的蚕在饲养时产生的废物可直接作为太空作物生长肥料；

7.权利要求1中所述的蚕，此法可用于近地球轨道太空居住或地球上人类遇到战争、探险、自然灾害和意外事件等造成的食物短缺时动物蛋白质的供给。

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