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航天员的太空饮食催化营养食品新科技

2019-09-10

科研成果与传播 2019年1期
关键词:航天员配方航天

特医食品?

它与航天员有着什么关系?

随着营养科学及现代食品科技的发展,

特医食品发展帷幕正式拉开。

营养是健康的重要物质基础。《国民经济和社会发展“十三五”规划纲要》和《“健康中国2030” 规划纲要》中均明确提出制定实施国民营养计划,作为提高国民健康水平,保障和改善民生的重要举措。这意味着“营养”的要义,从个人自我管理健康、均衡的饮食,上升到国家层面来合理统筹国民的“舌尖饮食”。

近年来,我国人均寿命从20世纪50年代的50多岁延长到70多岁。这既得益于医疗条件的提升,也得益于营养供给能力显著增强。但我们还应看到,受社会经济发展水平不平衡、人口老龄化、不健康生活方式等影响,国民营养不足与营养过剩并存等问题仍普遍存在。

“营养不良最为好发的人群,并不是城乡的贫困者,而是在医院诊疗的病人。”也正因此,中国航天员科研训练中心航天营养与食品工程重点实验室助理研究员董海胜表示,医院的病人对营养支持的需求最为迫切,特殊医学用途配方食品(以下简称“特医食品”)应需而生。

起源于航天食品,在临床“发光发热”

什么是特医食品?为了满足进食受限、消化吸收障碍、代谢紊乱或特定疾病状态人群对营养素或膳食的特殊需要,专门加工配制而成的配方食品。该类产品必须在医生或临床营养师指导下单独食用 或与其他食品配合食用。

说起特医食品的兴起,你一定想不到竟然跟航天有关。1957年,美国Greenstein团队为了解决宇航员在太空的饮食问题,配制了一种水溶性化学组成明确膳(Chemically Defined Diet,CDD),即要素膳。其中含有18种氨基酸、葡萄糖、玉米油或亚油酸乙酯、矿物质与维生素。进入20世纪60年代后,纽迪希亚(Nutria)公司开始正式生产医学营养品,并推出了Nutria 2000,特别提供给一些有特殊饮食需要的病人,临床效果良好。

起初用于航天的这种化学成分明确的饮食后来广泛应用于临床,通过口服或管饲等方式经胃肠道提供代谢需要的能量及营养基质。据董海胜介绍,在中国,这种肠内营养制剂起初被当做药品管理,近年来归为食品。从归属上看,特医食品隶属于特殊膳食用食品,与婴幼儿食品、运用营养食品、孕妇配方食品、低能量食品并列。

“特医食品在临床应用的优势主要体现在符合人体生理特征。”董海勝说,特医食品是通过人的消化道代谢和吸收,使用更安全。通过改善病人的营养状态,可以显著提高治愈率,降低并发症和病死率,缩短住院时间,总体上降低费用。临床上已经形成一个共识:当肠道有功能,且能安全使用时,就可使用特医食品。

当然,在具体应用时,还要提前对住院病人进行一个细致的“体检”。“首先我们确认病人是否存在胃肠功能障碍,如果存在胃肠功能障碍,我们就采用易消化的配方,更容易代谢吸收。”董海胜表示,之后还要考察一系列的指标,包括是否需要限制液体摄入量,是否有糖尿病,是否存在脂肪吸收障碍,是否存在肠胃道动力障碍等,并给出适合其体质的配方。

航天员罢食,由此迎来美好“食代”

特医食品的雏形源于航天需求,并在后来很好地服务于航天员群体。经过几十年的发展,科学家们发现,太空的特定环境对人的影响是制约航空发展的一个主要因素,这包括失重、噪声、振动、辐射、昼夜节律改变、狭小生活空间、有害气体及心理应激等,这些因素都会直接或间接对人类机体多个生理系统产生不利影响,比如心理功能障碍、太空运动病、心血管疾病、骨质疏松及肌肉萎缩等。

这也就能解释,为什么航天员在出征时都是飒爽英姿,太空飞行半年后返回时大部分是半卧位或平躺的,他们需要较长时间的疗养恢复和地球环境的再适应。

航天食品研究者们面临的主要问题就是在失重环境下航天员进食过程受限、体液丢失、免疫功能降低、胃肠功能减弱、味嗅觉发生变化、主动饮水较少、肠道菌群出现紊乱……这些航天食品需求恰恰与特医食品的定义相吻合。

众所周知,最初的航天食品主要是牙膏食品或者压缩状食品。毋庸置疑,这种航天食品营养充足且食用安全,但口感实在不敢恭维,食品的色、香、味、形等属性更是无从提及。

因为这一点,历史上就曾出现航天员罢食事件,还迫使当局改进航天食品系统。科学家先在空间实验室开展了专门的航天营养代谢试验,发现人体消化道的构造非常巧妙:即使在微重力环境下也可以正常进食。也就是说,最初所顾虑的块状食品可能会卡在喉咙或食管里面,引起窒息的风险是不存在的。

随着科技的发展,航天食品得以不断丰富,脱水食品、自然食品、罐头食品、烘焙食品、糖果、奶制品等纷纷出征太空,种类达到了数百种,航天员甚至还吃上了新鲜水果。太空厨房系统也进一步升级,可以在轨加热、有多功能餐桌,航天员们还可以向地球的我们展示失重环境下飘浮的食品。

长期载人航天飞行员经常执行一些舱外任务,需要出舱活动,从航天器密闭舱内穿上笨重的舱外航天服出来,安装、维修或者更换航天器外部部件,开展舱外试验等。对于载人登月、载人火星探测来说,月面或者星面科考行走等任务,舱外活动更加频繁,时长达数小时,任务期间进食饮水保障能量和营养素的供应是必要的。

由于跟在飞行舱内进食有很大不同,这就回归到了最初的全营养配方食品,也就是特医食品。舱外活动食品可以是袋装粉末或液体形式,固定在胸部,吸管放置在口腔附近。航天员着服后按需食用,通过牙齿控制食品供给开关。

董海胜所在团队成功研制了一种舱外服饮食装置,全称为“航天用功能性全营养流食及其制备方法”,可以供水也可以供给全营养液。其中含有蛋白质、碳水化合物、脂肪、维生素、矿物质等营养物质,还添加了益生元、丙谷二肽及药食同源组分,具有促进伤口愈合、调节肠道菌群、延缓骨丢失等效果。目前已获得国家发明专利授权。

国内企业兴致勃勃,产业发展正逢其时

美国食品药品监督管理局(FDA)最早于1988年就出台了特医食品生产和监管的指导原则,随后欧盟、日本、澳大利亚、新西兰等国也相继出台标准、法令。中国的特医食品则是在2013年取得了合法身份和地位,近几年来,关于特医食品的法规和标准陆续出台,一些直接相关标准正在制定、立项或修订,产业发展迎来好时机。

2016年7月1日,《特殊医学用途配方食品注册管理办法》开始实施。其中规定了特医食品的生产企业要自建生产线,不允许代加工。董海胜介绍,特医食品工艺主要分为三类:干法混合工艺、湿法喷粉工艺和液体工艺。目前,国内企业多采用干法混合工艺,湿法喷粉工艺比例较小。

举例来说,干法混合工艺适用于粉剂产品,其中微量成分分布的均匀性是个问题。“如果把一克盐投到一吨菜里,如何保证均匀性是很大的问题。” 董海胜说,液体工艺的生产线投入量最大,技术门槛最高,但是液体产品的稳定性是一个难点。

“现在国内很多企业想投入生产特医食品,但是我们发现原料百分之七八十需要进口,工艺设备也来自国外。”董海胜认为,国内的原料生产厂家一方面要把原料的质量提升上来,另一方面还要把工艺设备做得更加稳定,更加耐用。同时,特医食品要遵循绿色健康的加工工艺,采用喷雾冷冻干燥技术以减少营养素损失,通过超高压冷杀菌技术、无菌均质技术得以保留食品优良的色香味。此外,铝塑复合膜袋裝、玻璃瓶装、桶、罐等多样化的包装形式,既能实现与临床上的无缝连接,也能适用于更多的环境。

“特医食品的概念和形式是现代营养学、医学、食品科学、现代食品加工技术的融合结晶,需要临床营养、医疗、食品加工等领域人员的通力合作。”董海胜说,当前的特医食品大部分是参考国外成熟经验的做法,是化学组分明确的食品组方。如何将特医食品与中华饮食文化相结合,探索药食同源原料 的应用,还需要有责任的企业家和科研机构沉下心来,耐心完成大量的基础研究工作。

“全营养配方食品将是航天食品的组成之一。”对于未来的发展方向,董海胜还建议,特医食品可以与肠道微生态、肠道菌群平衡有机结合。同时,有针对性地制定个性化营养方案,满足病人的个性化需求,也是未来特医食品发展的一个方向。

1. 美国Greenstein团队为了解决宇航员在太空的饮食问题,配制了一种水溶性化学组成明确膳

2. 航天员甚至还吃上了新鲜水果

3. 宇航员的食物

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