Состояние и перспективы разработки продуктов и рационов питания космонавтов

ПРОДУКТЫ ЗДОРОВОГО ПИТАНИЯ

ТЕМА НОМЕРА

Состояние и перспективы

разработки продуктов и рационов питания космонавтов

В.Ф. Добровольский

НИИ пищеконцентратной промышленности и специальной пищевой технологии

Проникновение человека в космос потребовало создания системы жизнеобеспечения на космических аппаратах, одна из важных задач которой -организация высококачественного и сбалансированного питания, адекватного энерготратам космонавтов.

Особенности труда и быта космонавтов, связанные с воздействием на организм ряда необычных факторов, таких как удаленность и скорость движения относительно Земли, состояние невесомости, эмоционально-психическое напряжение, ограниченное пространство кабины корабля и других, предъявляют особые требования к качественному и количественному составу рациона питания, массообъем-ным характеристикам входящих в его состав продуктов и упаковок.

На всем протяжении развития космонавтики специалисты пищевой промышленности, ученые и практики изучали существующие и развивающиеся пищевые технологии и на их основе разрабатывали различные виды, группы пищевых продуктов с целью создания физиологически полноценных, сбалансированных по содержанию основных пищевых веществ рационов питания. Эти продукты поставлялись на орбитальную станцию «Мир» (в настоящее время - на международную космическую станцию) и обеспечивали сохранение здоровья и поддержание работоспособности космических экипажей в длительных полетах.

В начальный период исследований были заложены принципиальные основы создания продуктов и рационов питания, складывались традиции обеспечения экипажей полноценным питанием, которые затем с 1981 г. были развиты и продолжаются до настоящего времени НИИ пищеконцентратной промышленности и специальной пищевой технологии.

Одним из первоначальных направлений разработки рационов питания для кратковременных полетов было создание рационов, включающих свежеприготовленные продукты. Такие

рационы были разработаны для полетов космонавтов на кораблях «Восток-3», «Восток-6», «Восход-1» и «Восход-2», продолжительность которых составляла несколько суток. В дальнейшем из-за ограниченных сроков хранения, больших трудностей при приготовлении и доставке на борт свежеприготовленные продукты были исключены из состава рациона питания.

Жесткие требования, которые предъявлялись к рациону питания при первых полетах кораблей «Союз», поставили специалистов пищевой промышленности перед необходимостью разработать продукты с повышенным содержанием сухих веществ (мясные консервы, пищевые концентраты). Уменьшение массы рациона питания было достигнуто за счет включения в него значительной доли обезвоженных продуктов (например, мясо, творог сублимационной сушки и др.).

Конструктивные изменения, проведенные в дальнейшем на корабле, позволили увеличить массу и объем рациона, что дало возможность вместо сухих продуктов ввести в его состав консервированные продукты в тубах и банках, содержащие большое количество влаги, что значительно улучшило вкусовые качества пищи.

Необходимость создания специальных продуктов для комплектования рационов питания, пригодных для использования в условиях невесомости, связана с тем, что космос влияет и на питание. К ним следует отнести: перегрузки при взлете корабля, ведущие к повышенным требованиям к прочности тары и упаковки продуктов; невозможность применения традиционной посуды (тарелок, чашек, стаканов) из-за состояния невесомости; ограничение содержания в продуктах жидкой фазы, при этом продукты не должны быть только сухими, брикетированными или в виде таблеток, а должны максимально приближаться к потребляемым в земных условиях; исключение крошливой консистенции продуктов, представляющей опасность для

здоровья космонавтов (попадание в дыхательные пути в условиях невесомости, загрязнение кабины и др.); длительность сроков хранения; полноценность продуктов по составу, иметь минимальную массу и объем, не содержать несъедобной части.

Перечисленные факторы были и в большинстве своем продолжают оставаться определяющими и в настоящее время при разработке продуктов питания для космонавтов.

Параллельно с наработкой ассортимента продуктов, комплектующих рацион, проводились работы по совершенствованию состава и структуры рационов питания. При первых полетах это были единые комплекты продуктов достаточно однородного состава. С увеличением продолжительности полетов составлялось меню, в котором предусматривался постепенный переход от одного-, трехсуточных рационов к шестисуточным, от трехразового к четырехразовому фиксированному приему пищи, затем трехразовому фиксированному и одному свободному приему пищи.

В шестисуточный рацион включено около 70 продуктов, изготовленных с применением различных способов консервирования: тепловой стерилизации, тепловой и сублимационной сушки, промежуточной влажности и др. Энергетическая ценность рациона питания составляла 3200 ккал при содержании белков - 135 г, жиров - 110 г, углеводов - 380 г.

В рационе были представлены следующие группы продуктов: мясные блюда, первые обеденные блюда, молочные, хлебные и кондитерские изделия, фруктовые соки и концентраты, напитки, соусы и приправы. При установлении на орбитальной станции электроподогревателя появилась возможность осуществлять подогрев консервов в банке, в тубе и производить освежение хлеба.

С установкой на борту станции штатного устройства для регенерации воды появилась возможность включать в состав рациона обезвоженные вторые блюда и напитки, восстанавливаемые перед употреблением горячей водой. Фруктово-ягодные соки перед употреблением восстанавливаются холодной водой. Введение в состав рациона питания обезвоженных продуктов сублимационной сушки вместо консервированных продуктов в тубах было необходимо в целях уменьшения массы продуктов и снижения чувства приедаемости.

Доставка продуктов на транспортных кораблях с экспедициями посещения и на грузовых кораблях «Про-

гресс» открыла новые возможности для обеспечения экипажей более разнообразными продуктами, в том числе с ограниченными сроками хранения и в первую очередь свежими плодами и овощами.

Необходимость включения свежих плодов и овощей в рационы питания (РП) космонавтов, особенно в длительных экспедициях, диктовалась тем, что они богаты витаминами и биологически активными веществами, столь важными в период, когда защитные силы организма значительно снижены и становится реальной опасность скрытых авитаминозов. Кроме того, это мощный психологический фактор, способствующий снятию стресса, повышению настроения, что чрезвычайно важно в длительном космическом полете.

Отсутствие в пищевом рационе космонавтов свежих плодов и овощей на начальном этапе освоения космоса в значительной мере было обусловлено сложностью сохранения их качества в условиях космического корабля при температуре от 20 до 40 °С, механических воздействий (линейные, ударные перегрузки, вибрация) и изменении газового состава среды.

Технология подготовки свежих плодов должна учитывать определенные технологические и санитарно-гигиенические требования, предъявляемые к космической продукции. В первую очередь это сохранение качества свежих продуктов в течение не менее 30 сут. Свежие плоды и овощи должны быть готовы к непосредственному употреблению, а обработка их должна обеспечивать полную безопасность использования. Анализ показал, что ни один из существующих способов хранения плодов и овощей в полной мере не соответствует необходимым требованиям.

Специалистами нашего института Н.С.Шишкиной, Л .Л .Гердаускене и другими была разработана новая, не имеющая аналогов в России и за рубежом, технология хранения свежих плодов и овощей, учитывающая специфические требования, предъявляемые к продуктам специального назначения. В результате проведенных исследований стало возможным поставлять на орбитальные станции свежие яблоки, апельсины, лимоны, томаты, лук, чеснок, обработка которых позволяет сохранять их вкусовые и питательные свойства в условиях космоса в течение 30-40 сут.

Для решения задач по обеспечению питанием космонавтов в стране создавалась и в последующем успешно работала кооперация специалистов

HEALTH FOOD

пищевой промышленности - ученых отраслевых НИИ и производственников, разработчиков и изготовителей космической техники и оборудования. Научно-производственная кооперация по разработке и обеспечению космонавтов питанием включала 15 отраслевых НИИ и 13 производственных спецучастков. Практически была создана новая самостоятельная ветвь пищевой отрасли - пищевые космические технологии, базирующиеся на глубоких научных разработках, обеспечивающие выпуск высококачественных продуктов питания с высокой степенью надежности и безопасности.

В этот период была проведена разработка основного ассортимента разнообразных продуктов, комплектующих рацион питания (свыше 300 наименований). При этом использовали способы консервирования, широко применяемые в современной промышленности: тепловую и сублимационную сушку, тепловую стерилизацию, быстрое замораживание и др.

В 1986 г. началась эксплуатация орбитального комплекса (ОК) «Мир». К этому времени уже был успешно испытан в реальных условиях шестисуточ-ный РП, отлажена схема практического обеспечения питанием, включающая поставку штатных РП, дополнительных наборов продуктов, гостевых наборов (при полетах зарубежных космонавтов), а также свежих плодов и овощей.

Усложнение программ полетов на ОК «Мир» требовало дальнейшего совершенствования системы обеспечения питанием работающих на станции экипажей.

Включение в рацион питания космонавтов широкого ассортимента пищевых продуктов, особенно нестерилизу-емых, необходимость их длительного хранения в условиях космического объекта требовали высокой степени гарантии безопасности продуктов для здоровья космонавтов и микробиологической стабильности в хранении. В связи с этим была создана специальная научная методология, позволяющая обеспечить качество и безопасность при изготовлении, хранении и подготовке к употреблению продуктов питания космонавтов.

Дальнейшие исследования показали, что по мере развития и совершенствования космонавтики повышается количество специфических факторов, влияющих на организм космонавта. Так, увеличивается продолжительность космических полетов, повышается уровень профессиональных нагрузок и объема, выполняемых в полете задач, происходит учащение внештатных и даже стрессовых ситуаций,

в том числе работа в открытом космосе и т. д.

При этом возрастает физиолого-ги-гиеническое значение питания как одного из важнейших факторов благоприятного воздействия на организм космонавта. Однако питание должно не только удовлетворять потребности человеческого организма в пищевых веществах и энергии, но и выполнять профилактическую роль, способствуя адаптации человеческого организма к неблагоприятным условиям окружающей среды.

Одна из актуальных задач при создании системы питания космонавтов в условиях длительных полетов -обеспечение их рационами, обладающими профилактической направленностью.

В рационе питания, разработанном специалистами пищевой промышленности в соответствии с исходными медико-техническими требованиями Института медико-биологических проблем, необходимо дать оценку каждому, даже традиционному продукту с точки зрения профилактического действия. Продукты, содержащиеся в рационе, должны обеспечивать адекватность пластических и энергетических процессов в организме космонавтов, обладать тонизирующими, адаптоген-ными, иммуностимулирующими и другими профилактическими действиями.

В связи с этим рацион питания космонавтов прошел комплексные наземные испытания и физиолого-гигиени-ческие исследования в космосе, получил положительную оценку специалистов. Все это позволило успешно использовать его в течение многих лет на орбитальной станции «Мир».

Изменение экономической ситуации в стране вызвало распад кооперации научных и производственных организаций, решающих задачи обеспечения питанием космических экипажей. Закрылось большинство спецучастков, вырабатывающих продукцию питания для космонавтов, так как производство крайне ограниченного объема продукции было нерентабельно.

В этот период специалисты НИИ ПП и СПТ под руководством д-ра техн. наук, профессора В.Ф.Добровольского провели большой объем работ в целях обеспечения стабильности состава рациона питания, что потребовало организации и внедрения на Бирюлевском экспериментальном заводе ассортимента продуктов, ранее производимых другими специализированными организациями. Соответственно, возросла роль Бирюлевского завода, который стал изготовителем и постав-

ПРОДУКТЫ ЗДОРОВОГО ПИТАНИЯ

ТЕМА НОМЕРА

щиком более 70 % продуктов, комплектующих рацион питания космонавтов. Параллельно продолжалась разработка нового ассортимента продуктов, в том числе направленного профилактического действия.

С началом строительства Международной космической станции (МКС) начался новый этап в освоении космоса. Для решения проблемы обеспечения питанием экипажей, пребывающих на МКС, использованы многолетний опыт научных исследований и практический опыт длительных экспедиций на российских орбитальных станциях «Салют» и «Мир».

Российскими и американскими специалистами выработан единый подход к организации питания, согласованы нормативы по содержанию основных пищевых веществ, разработаны принципы и структура совместного российско-американского рациона питания. В настоящее время питание экипажей на МКС осуществляется рационом, состоящим (50 : 50) из российских и американских продуктов, сочетание которых обеспечивает достаточное разнообразие меню и удовлетворение индивидуальных вкусовых запросов.

Создание совместного рациона потребовало изучения национальных традиций и особенностей питания, что позволило выявить отличия как по видам предпочтительных продуктов, так и по порядку их приема в течение дня. Поэтому при составлении меню стремились включать наиболее приемлемые для каждой стороны продукты. Распределение продуктов по приемам пищи проводилось также с учетом национальных особенностей питания, что привело к отказу от традиционного для российской стороны распределения продуктов на завтрак, обед и ужин и введению просто четырех приемов пищи (в том числе один «перекус»). Такой подход позволяет экипажу в течение дня варьировать питание на основании их привычек.

В то же время при построении меню учитывали и другие моменты. Например, большинство космонавтов предпочитает более плотный в сравнении с привычками астронавтов завтрак с включением мясных блюд, гарниров. Для астронавтов завтрак более легкий: каши, соки, фрукты. Заметны различия по потреблению хлеба: космонавты используют его в большем количестве, астронавты отдают предпочтение крекерам и т. д.

В процессе полетов происходит некоторое сближение вкусов, что позволяет делать рацион более универсальным. Так, астронавты хорошо отзыва-

ются о многих российских продуктах, подчас отдавая им предпочтение, в то же время и космонавты высоко оценивают американские фруктовые изделия, овощные блюда. Эти моменты учитываются при разработке меню.

Следует отметить, что при обсуждении меню у космонавтов появляется тенденция включения новых продуктов с учетом традиций другой стороны. Учитывая особенности российской кухни, американцы стали чаще вводить в состав рациона «первые» обеденные блюда, которых раньше у них практически не было, а в российскую часть рациона стали включать блюда, близкие к повседневному американскому рациону - овсяные каши с фрук-тово-ягодными добавками, овощные и овощекрупяные гарниры и др.

Опыт совместных полетов помогает совершенствовать рацион, оставляя в нем продукты, хорошо воспринимаемые на орбите представителями обеих сторон, и вводя новые продукты, учитывающие национальные и индивидуальные вкусы экипажей.

Индивидуальная оценка экипажами продуктов, разработанных для комплектования рационов, служит основным фактором, определяющим их введение в штатное питание космонавтов. И лучшей наградой, и стимулом для разработчиков и изготовителей продуктов питания космонавтов являются слова благодарности из космоса. «Огромное спасибо всем, кто готовил продукты для нашей экспедиции. Все мы, даже пройдя через все апробации, были приятно удивлены обилием вкусных вещей, которые вы для нас приготовили. Поистине мы проводим лучшие минуты полета за столом или у иллюминатора...», - сказал летчик-космонавт Ю.Усачев (МКС).

Опыт обеспечения питанием девяти экспедиций МКС показал правильность выбранного пути и предоставил материалы для дальнейшего совершенствования и развития системы обеспечения космических экипажей.

Совершенствование системы обеспечения космонавтов будет продолжаться. В перспективе предусматриваются работы по увеличению цикличности меню, что требует расширения ассортимента продуктов, в том числе национальных блюд с учетом особенностей национальной кухни других стран - участниц МКС, а также работы по усилению системы учета использования рационов питания на борту МКС, совершенствованию укладки продуктов в штатные контейнеры в целях повышения удобства их применения и др.

Большой опыт в области обеспечения космических экипажей полноценным питанием, многолетняя практика использования разработанных рационов в условиях реальных космических полетов и специальные исследования показали, что штатный рацион обеспечивает сохранение здоровья и поддержание уровня работоспособности космонавтов, необходимого для выполнения сложных программ длительных (до 1 года) полетов.

Следующая задача, стоящая перед космонавтикой, - пилотируемый полет на Марс. Задача обеспечения питанием экипажей марсианской экспедиции требует решения проблем, связанных с полной автономностью полета продолжительностью до 500 сут, усилением воздействия специфических факторов полета на организм космонавта.

Для обеспечения первой экспедиции на Марс будет использована, с совершенствованием отдельных элементов, существующая система обеспечения питанием, хорошо зарекомендовавшая себя на орбитальной станции «Мир» и МКС. Отдельные элементы системы питания будут проверяться и отрабатываться в наземном 500-дневном эксперименте, проведение которого планируется в конце 2006 г.

Имеющиеся рационы питания могут обеспечить автономность пилотируемого космического полета в течение 8 мес. Для осуществления межпланетного полета необходимо разработать рацион питания нового поколения. Создать физиологически полноценный рацион питания повышенной автономности можно только при наличии достаточно широкого ассортимента продуктов с длительными сроками хранения в условиях нерегулируемого тем-пературно-влажностного режима. С учетом основного лимитирующего фактора - массовых и объемных характеристик рациона - речь может идти прежде всего о продуктах сублимационной сушки.

Необходим также и иной подход к разработке структуры рациона питания повышенной автономности. С учетом монотонности столь длительного полета рацион должен быть контрастным по вкусовым качествам и меняться через каждые 3 или 6 мес полета.

Все положительное, что разработано на данный момент времени в системе обеспечения питанием личного экипажа космических объектов, будет использовано в дальних межпланетных экспедициях, однако для решения поставленных задач необходимо проверить новые технологические гигиенические исследования.