Forschungen des Institute of Life Technologies

Kartoffeln, Weizen und Soja sind die grundlegenden Kohlenhydrat- und Eiweissquellen der Astronauten. Roh kaum oder gar nicht essbar, müssen sie vor dem Verzehr verarbeitet werden. Für die zweite Projektphase von MELiSSA betraute die ESA ein Konsortium aus Institut Paul Lambin, Institute of Life Technologies in Sion (Schweiz), den Unternehmen GEM und SHERPA (Frankreich) sowie RUAG (Schweiz) mit der Aufgabe, über grundsätzliche Möglichkeiten der Verarbeitung dieser Grundnahrungsmittel unter Berücksichtigung der schwierigen Weltraumbedingungen nachzudenken⁸.

In seinem Pilotlabor, zwischen Siebmaschine, hydraulischer Presse und allerlei Kochgefässen pendelnd, erklärt Laurence Nicolay, Projektverantwortlicher für die Nahrungsmittelverarbeitung und ihre sensorischen Eigenschaften (das Institut Paul Lambin übernimmt die Nährwertbestimmung der Lebensmittel): „Zunächst einmal geht es um die grösstmögliche Vielfalt - bei Kartoffeln um Dampfkartoffeln, im Wasser gekochte Kartoffeln mit oder ohne Schale, Puffer, Püree, Flocken und so weiter.“ Die erste Herausforderung ist, sich alle Zustände eines Lebensmittels vorzustellen. Mit den wenigen Pflanzen aus dem Mars-Gemüsegarten muss die Besatzung über mehrere Monate ernährt werden, ohne dass Überdruss infolge eines monotonen Speiseplans aufkommt.

Laurence Nicolay, Projektverantwortlicher für die sensorischen Eigenschaften der Nahrungsmittel am Institute of Life Technologies in Sion

©Diana Danko/Mangophotography

Laboratorium des Institute of Life Technologies, HES-SO Sion, Schweiz 2016

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Laboratorium des Institute of Life Technologies, HES-SO Sion, Schweiz 2016

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Laurence Nicolay, Projektverantwortlicher für die sensorischen Eigenschaften der Nahrungsmittel am Institute of Life Technologies in Sion

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Laboratorium des Institute of Life Technologies, HES-SO Sion, Schweiz 2016

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Laboratorium des Institute of Life Technologies, HES-SO Sion, Schweiz 2016

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Weichweizen wird zu Azymon-Brot – Brot ohne Hefe - gebacken: „Denn auf den Mars dürfen keine Mikroorganismen verbracht werden, da sie schwer zu beherrschen sein könnten“, präzisiert Laurence Nicolay⁹. Aus Hartweizen werden die Astronauten Nudeln und Bulgur, aus Soja Nudeln, Milch, Tofu und Okara, ein in der westlichen Welt wenig konsumiertes Nebenprodukt der Sojamilch, herstellen¹⁰. Für Laurence Nicolay steht fest: „Man muss unbedingt alle Bestandteile der angebauten Pflanzen nutzen, um möglichst wenig Abfall zu produzieren.“

In den Institutslabors untersuchen Laurence Nicolay und sein Team sämtliche Verarbeitungsverfahren vom Rohstoff bis zum fertigen Produkt. Um beispielsweise die Herstellung von Azymon-Brot zu analysieren, beginnen sie mit den Weizenkörnern, die verschiedene Stadien durchlaufen: Mahlen und Sieben im Prototyp einer Mehlmühle, Hinzufügen von Wasser und Kneten in einer elektrischen Knetmaschine, Ziehenlassen, manuelle Portionierung des Teigs, schliesslich Backen im Ofen. Alle Schritte werden dokumentiert: Die nötige Weizenmenge, aber auch der Wasser- und Elektrizitätsbedarf, Produktionszeit sowie Grösse und Gewicht der eingesetzten Maschinen.

Jede Nahrungsmittelverarbeitung ergibt eine Materialbilanz: Wie viel vom Ausgangsstoff blieb erhalten oder ging verloren? Im Ökosystem MELiSSA sind Nahrungsmittel wertvoll, maximale Ausbeute ist deshalb das Ziel. Auf der Erde belanglos erscheinende Fragen erlangen auf dem Roten Planeten immense Bedeutung: „Schälen wir die Kartoffeln? Und wenn ja, was wird mit den Schalen? Kann man sie noch zur Nahrung verwenden?“, fragt Laurence Nicolay.

Ebenso notwendig ist die Nährstoffmessung in den Nahrungsmitteln vor und nach der Verarbeitung. „Wir müssen den Gehalt an Makro- und Mikronährstoffen bestimmen“, ergänzt Laurence Nicolay. Nur mit diesen Daten lassen sich Speisen nach den Bedürfnissen der Astronauten zubereiten. Denn der Kalorienbedarf kann unterschiedlich sein, besonders bei Missionen ausserhalb der Raumfähre¹¹. Es zeigte sich, dass bei Raumfahrtmissionen die Kalorienzufuhr der Astronauten oft ungenügend war: „Studien haben gezeigt, dass Astronauten unterernährt sein können, denn ihre Ernährung ist eintönig und sie haben manchmal keine Lust mehr, zu essen“¹² fährt Laurence Nicolay fort. „Bei kürzeren Flügen schadet ein solches Defizit weniger, da der Organismus über körpereigene Reserven verfügt. Bei langen Flügen wie etwa zum Mars könnte ein solches Defizit jedoch den Missionserfolg und das Überleben der Astronauten gefährden.“

Blick in das MELiSSA-Labor an der Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), 2009

© UAB

Blick in das MELiSSA-Labor an der Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), 2009

© UAB

Die Ausstellung “Rocket Science” stellt das Projekt MELiSSA vor und zeigt, wie ein gutschmeckendes Menu aussehen könnte, wenn die Astronauten frische Gemüse anbauten

©RHS Campaign for School Gardening

Müsli-Riegel mit Spirulina-Algen und Goji-Beeren, von der ESA- für Astronauten entwickelt. Spirulina hat mehrere Vorteile. Sie wandelt Kohlendioxid in Sauerstoff um, vermehrt sich rasch und liefert die Proteinbasis für ein schmackhaftes Astronauten-Mahl

© ESA

Deshalb muss den Nährstoffen ebenso viel Bedeutung beigemessen werden wie der Sensorik: „Unser Ziel ist, die Astronauten körperlich und geistig in Form zu halten. Sie sollten die Menüs variieren können, um sie zu geniessen und um Depressionen oder Gewichtsverlust zu verhindern. Sie dürfen aber auch nicht zunehmen, denn sie müssen ja noch in ihren Raumanzug passen!“, lacht Laurence Nicolay

Appetitverlust zu bekämpfen ist von vitaler Bedeutung. Trotz der langen Reisezeit werden die Astronauten einer bemannten Marsmission wahrscheinlich bestens ernährt werden. Bis jetzt müssen sich Astronauten mit Fertiggerichten begnügen. „Natürlich können sie wählen, was sie essen möchten, doch manchmal mögen sie – einmal vor Ort (auf der Mission, Anm. d. Red.) – die auf der Erde ausgewählten Gerichte nicht mehr“, sagt Laurence Nicolay. Das Projekt MELiSSA ist in dieser Hinsicht innovativ, da es den Astronauten erlaubt, ihre Nahrung selbst herzustellen und zuzubereiten. Sie können Speisen nach individuellen Vorlieben gestalten - ein nicht zu unterschätzender Akzeptanzvorteil.

Eine Küche im Weltall

Es wird auf dem Mars keinen Koch geben. Abwechselnd wird ein Besatzungsmitglied die Zubereitung der Mahlzeiten für alle besorgen. Also stellt sich die Frage nach der Ausrüstung für Verarbeitung und Zubereitung der angebauten Nahrungsmittel. „Die übliche Küchenausrüstung ist für das Kochen im Weltall ungeeignet“, erklärt Laurence Nicolay. Das grösste Problem ist der Gravitätsunterschied, der den Wärmetransfer, Fliessen und Übertragen der Substanzen von einem Gefäss ins andere beeinflusst. Es ist also nötig, über besondere Geräte nachzudenken, die auch bei verminderter Schwerkraft funktionieren und den besonderen Anforderungen des Weltraums genügen. Die Ausrüstung muss zudem multifunktional sein: „Wir wollen Multifunktionsmaschinen konzipieren, die mehreren Kriterien entsprechen. Sie sollen möglichst leicht, energiesparend und - um Kontaminationen zu vermeiden - einfach und wassersparend zu reinigen sowie möglichst sicher sein, um Verbrennungen vorzubeugen. Es wird wohl auf einen Kompromiss zwischen diesen Kriterien hinauslaufen“, erklärt Laurence Nicolay.

Tomaten, nützliche Lebensmittel für Marsmenüs

©Shutterstock/Gabrielle Hovey

Zwiebeln können in Hydrokultur angebaut werden

©Shutterstock/isak55

Kopfsalat für Austronautenmenüs

©Shutterstock/ NorGal

Okara (Schalen- und Faserteile der Sojabohnen) entsteht bei der Sojamilch- und Tofuherstellung

©Shutterstock/chingyunsong

Die Zeit der Besatzung zum Kochen und Reinigen ist begrenzt: obwohl unverzichtbar, dürfen diese Verrichtungen nicht zu lange dauern. Zum Beispiel verkürzen intelligente Multifunktions-Küchengeräte die Kochzeit – vielleicht sogar 3D-Drucker, „um einige Zutaten herauszustellen und ihre Textur zu variieren. Über diese Idee sollte man nachdenken, doch noch ist sie nicht prioritär. Man muss eingestehen, dass diese Technik derzeit noch nicht reif ist: die existierenden Drucker produzieren Müll, wie beispielsweise Druckerpatronen“, sagt Laurence Nicolay. Mittelfristig – bis zum Jahr 2030 oder je nach sozio-ökonomischen Bedingungen und technischem Fortschritt – soll für das System MELiSSA als experimentelle Einheit eine Laborküche konzipiert werden, in der Astronauten Nahrungsmittel herstellen und zubereiten können.

Nahrungsmittelverarbeitung für eine grosse Speiseauswahl, Optimierung der Produktionsverfahren, Entwicklung von Maschinen, die die Herausforderungen des Weltalls meistern - diese Schritte führen schliesslich zu einem Ziel: die Ernährung von Astronauten einer Marsmission sicherzustellen. Oder, mit Laurence Nicolay: „Das oberste Ziel ist Erfüllung der wissenschaftlichen Mission durch die Astronauten. Dafür müssen sie sich sowohl geistig, als auch körperlich wohlfühlen. Das Team muss zusammenhalten. Was gibt es besseres als eine gute Mahlzeit, um sie zusammenzuschweissen? Die Gemütlichkeit, das Zwischenmenschliche wird so wichtig sein wie der Sicherheitsaspekt.“

Die NASA publizierte kürzlich einige Fake-Rekrutierungsplakate, die glauben lassen, dass die amerikanische Raumfahrtagentur Freiwillige für eine Marsmission benötige

©NASA/KSC

Die NASA publizierte kürzlich einige Fake-Rekrutierungsplakate, die glauben lassen, dass die amerikanische Raumfahrtagentur Freiwillige für eine Marsmission benötige

©NASA/KSC

Die NASA publizierte kürzlich einige Fake-Rekrutierungsplakate, die glauben lassen, dass die amerikanische Raumfahrtagentur Freiwillige für eine Marsmission benötige

©NASA/KSC

Die NASA publizierte kürzlich einige Fake-Rekrutierungsplakate, die glauben lassen, dass die amerikanische Raumfahrtagentur Freiwillige für eine Marsmission benötige

©NASA/KSC