kuleczki z płynu i napis universiada

Nowy rodzaj pokarmu dla astronautów! Mogą już zapomnieć o konserwach – sferyfikacja

Czas czytania w minutach: 5

Dziś przeczytajcie na naszym blogu gościnny artykuł nie byle jakich Gości – zespołu ArCa5 ze Szkoły Podstawowej AMS we Wrocławiu. Grupa ArCa5 zwyciężyła w I edycji Universiady – konkursie naukowym dla starszych klas szkół podstawowych. Uczestnicy sami wybierali temat, wykonywali projekt badawczy według swojego pomysłu, a potem prezentowali rezultaty. Projekty oceniała komisja z Uniwersytetu Wrocławskiego oraz PPG (sponsor). Zespół postawił na projekt biorący pod lupę przyszłościowy proces sferyfikacji żywności, który mógłby zrewolucjonizować jedzenie w kosmosie. Zobaczcie sami, jak przebiegała ich praca!

Sferyfikacja w konkursie Universiada

Przemysł kosmiczny rozwija się coraz bardziej. Istnieje szansa na to, że w przeciągu kilkudziesięciu lat stworzone zostaną nawet kosmiczne hotele. Pokarm dla astronautów to natomiast w większości suszone lub liofilizowane produkty (odsączane z wody). Świeże owoce lub inne produkty roślinne nadają się do spożycia od 2 do 4 dni po dostarczeniu ich do astronautów, ponieważ później się po prostu psują. Proces konserwacji natomiast pogarsza się jakość pokarmu, nie wspominając już o utracie witamin. Nasza grupa – ArCa5, biorąca udział w konkursie naukowym Universiada, przygotowała lepsze rozwiązanie dla kosmonautów. To jedzenie, które jest świeże, pełnowartościowe i smaczne. Nasz sposób pozwala uatrakcyjnić dania nie tylko dla astronautów, ale i dla turystów w przyszłościowych, kosmicznych toaletach.

Konkurs naukowy Universiada organizowany był w roku 2022 po raz pierwszy. Forma gali konkursu miała postać targów naukowych, gdzie każda grupa uczniów, która przeszła wszystkie etapy kwalifikacji, miała swój stolik i na nim prezentowała swój pomysł. Wszystkie pomysły łączyła jedna rzecz – były z dziedziny chemii. Dlaczego? Ponieważ była ona tematem przewodnim I edycji. Sponsorem była firma PPG.

Naszym pomysłem w konkursie było wytworzenie jadalnej otoczki dla pokarmów płynnych lub półpłynnych w procesie sferyfikacji. Jest to reakcja chemiczna, w procesie której substancja, zwana alginianem sodu, rozpuszczona w wodzie łączy się z wapniem zawartym w produkcie. Efektem tej syntezy jest jadalna otoczka, mająca wiele zalet.

Proces sferyfikacji kefiru w doświadczeniu zespołu ArCa5 / Materiały zespołu

Zalety sferyfikacji, którym nic nie dorówna

Na początku, aby w ogóle ustalić, czy sferyfikacja ma sens, zastanawialiśmy się, czy sferyfikacja jest lepsza od tradycyjnej liofilizacji. Ustaliliśmy wiele jej mocnych stron i sami byliśmy zdziwieni, ile tracą astronauci na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej…

  • Po pierwsze, w przeciwieństwie do liofilizowanego pokarmu, sferyfikowany jest zawsze świeży – liofilizacja polega na wyciągnięciu całej wody z jedzenia. Tak więc takie pożywienie jest suche. Natomiast nasze rozwiązanie pozwala na zachowanie świeżości, smaku i jeszcze jednego istotnego elementu – o nim w kolejnym punkcie.
  • Ważną rzeczą, którą tracą liofilizowane produkty, są witaminy. Sferyfikowane produkty natomiast nie tracą żadnych wartości, ponieważ zmienia się tylko powierzchowna warstwa. Natomiast środek ma identyczny skład do początkowego, ponieważ, prawdę mówiąc, to to samo.
  • Pewnym pokarmem dla astronautów jest pakowane próżniowo pożywienie. Cóż, właściwie odległość między otoczką a produktem wynosi 0,00000 μm, ponieważ wiązanie zachodzi właśnie między alginianem sodu a wapniem.
  • Każdy chciałby zmniejszyć koszty wykonywanych czynności. Tu warto zaznaczyć, że sferyfikacja jest dużo bardziej ekonomiczna. Takie rzeczy, jak alginian sodu, guma ksantanowa lub mleczan wapnia, są dużo tańsze od maszyny, która liofilizuje jedzenie. A że pokarm musi być dostarczany w dużych ilościach, to cena robi dużą różnicę.
  • Mocnym argumentem za sferyfikacją jest to, że da się sferyfikować prawie każdy produkt. Musi być tylko w formie płynnej lub półpłynnej. Nie jest to jednak duże ograniczenie, bo np. owoce czy warzywa wystarczy zmiksować. Sferyfikować można to, co ma wapń i to, co go nie posiada. Potrzeba tylko użyć odpowiedniego rodzaju sferyfikacji (wodę również można sferyfikować -trzeba tylko do niej dodać wapń i zagęścić ją lub zamrozić).
  • Sprawa się przedstawia nieco inaczej w przypadku liofilizacji – ciężko zabrać wodę z jogurtu, arbuza lub z wody. Zamiast tego stosuje się takie metody, jak robienie jogurtu w proszku, arbuza się w ogóle nie wysyła w kosmos, zaś wodę pakuje się w worki. My jednak mamy swoje kontrargumenty: jogurt smakuje dużo gorzej po takim przetworzeniu, a arbuzy są bardzo ważne w diecie. Natomiast woda wyciśnięta z pojemnika nie trzyma się razem i może się oderwać jej część, co na przykład uszkodzi jakiś przyrząd. Ponadto jest to ekologiczne, bo nie zużywa tworzyw sztucznych. Jedyny problem to sprawa przetrwania przeciążenia przy wylocie z atmosfery ziemskiej – i właśnie tym się zajęliśmy.
Sferyfikowana Coca-Cola / Wikimedia Commons

Substancje, bez których nic by nie wyszło

Alginian sodu

Już kilka razy padło określenie “alginian sodu”. Jest on najważniejszą substancją procesie sferyfikacji. Najprostszy sposób na sferyfikację odwrotną czegoś tak podstawowego, jak jogurt lub śmietana jest taki, że do alginianu zmieszanego z wodą wrzucamy łyżkę śmietany. Kiedy wpada ona do roztworu o trochę gęstszej konsystencji, niż sama woda, formuje się w kulę. Osiąga prawie idealnie okrągły kształt, który wychodzi tym lepiej, im płynniejsza jest substancja. Gęstość roztworu nie może jednak mocno się różnić od gęstości pokarmu, ponieważ siła wyporu działa w taki sposób, że jeżeli roztwór byłby zbyt gęsty, to produkt wypłynąłby na wierzch. Powierzchnia kuli jest otoczona roztworem alginianu sodu z wodą i na niej zachodzi reakcja. Wapń, zawarty w śmietanie, łączy się z alginianem sodu, tworząc galaretowatą otoczkę. Jest ona prawie w ogóle nieodczuwalna w smaku. Reakcja syntezy nie zachodzi w całym pokarmie, tylko na jego krawędziach – dalej nie dociera alginian. Taką kulkę wyjmuje się z wody i wypłukuje, a następnie można ją zjeść.

Guma ksantanowa

W trakcie naszych badań guma ksantanowa umożliwiła nam uformowanie idealnej kuli, bowiem zbyt gęsty roztwór alginianu sodu z wodą stworzył problem. Sok lub inny pokarm, który chcemy sferyfikować, mający mniejszą gęstość niż roztwór, zostaje siłą wyporu wypchany na powierzchnię, tak jak to opisaliśmy przed chwilą. Kiedy jednak gumą ksantanową zagęścimy sok na tyle, żeby miał gęstość równą gęstości alginianu i wody, będzie on stał w miejscu i się odpowiednio zesferyfikuje.

Sferyfikowany sok jabłkowy / Wikimedia Commons

Wysyłanie w kosmos

Następną trudnością okazała się potrzeba wysłania tego jedzenia w kosmos. A to wszystko z racji szybkości rakiety, która mogłaby zniszczyć nasz pokarm. Aby tego uniknąć, musieliśmy stworzyć wystarczająco grubą powłokę. Jednakże zbyt gruba powłoka zajęłaby za dużo miejsca. To wymogło na nas stworzenie idealnej warstwy wierzchniej. Każda kula była mierzona i zostawiona na odpowiedni kres czasu. Oprócz tego „kąpiel” musiała być idealnie gęsta. W ten sposób osiągnęliśmy sukces, czyli stworzyliśmy idealne kulki. Skąd to wiedzieliśmy? Otóż zrzucaliśmy je z wcześniej ustalonej wysokości, dzięki czemu (choć wydaje się to nieprawdopodobne) osiągały przyspieszenie rakiety! Przy styku z ziemią były w nią wgniatane tak mocno, jak w podłoże w rakiecie przy wylocie z atmosfery ziemskiej.

Wyniki

Wynikiem wyżej opisanych badań są nie tylko wielosmakowe kulki (my testowaliśmy takie z soku pomarańczowego), które przetrwają lot w kosmos, ale też strona internetowa, w której opisaliśmy całą naszą pracę. Sferyfikowana żywność to rewolucyjny produkt, który pozwoli na poprawę warunków życia kosmonautów.

Zainteresowało Cię to, co czytasz? Chcesz wiedzieć więcej? Śledź nas na Facebooku, i – pozwól, że wyjaśnię!

3.6 5 votes
Oceń artykuł
Powiadom mnie!
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments