國外航天營養與食品研究進展

武艷萍 強靜 （中國航天員科研訓練中心）

國外航天營養與食品研究進展

武艷萍 強靜 （中國航天員科研訓練中心）

隨著載人航天的不斷發展，航天員太空停留時間也從加加林最初的1h48min增加到如今“國際空間站”常規駐留6個月，而由美國航天員斯科特·凱利和俄羅斯航天員米哈伊爾·科爾年柯共同執行的“國際空間站”1年期駐留任務也于2016年3月2日順利結束。回顧世界載人航天走過的歷程，一個不爭的事實是：每一次載人航天任務的順利完成，都與乘員良好的食品與營養保障密不可分，尤其是隨著太空駐留時間的延長，航天食品與營養對乘員生理和心理的健康以及工作績效方面的影響將愈加重要。為此，對航天營養與食品提出了更高的要求，以滿足長期載人航天的需要。

1　基于“國際空間站”長期駐留乘員營養與食品保障的研究

“國際空間站”乘員營養與食品保障方案主要是基于美俄聯合項目“航天飛機-和平號”計劃而形成的，目前“國際空間站”乘員膳食營養保障所遵循的仍然是1996年美俄專家共同制定的標準—《“國際空間站”360天內任務每日膳食推薦量》（JSC-28038），從聯合食譜的配置到食品供給管理等都相對完善和成熟，基本保證了“國際空間站”乘員的營養健康。然而，受當時研究條件、技術手段等因素的限制，仍有知識空白，仍有需要完善和不斷提高的地方。在針對“國際空間站”乘員營養與食品保障方面的研究，主要有以下幾方面。

長期飛行中乘員的營養健康監測與評價

（包括乘員臨床營養評價）

NASA食品科學家在烹飪新鮮蔬菜

關于乘員在航天飛行中的營養及生理變化，雖然在“國際空間站”之前的任務中也獲取過一些數據和信息，但由于樣本量少、數據不完整等原因，還不能全面深刻了解機體在微重力環境下的營養代謝情況和機理。為了給長期飛行乘員提出理想的營養需求標準和膳食建議，保證航天員健康，自“國際空間站”運行15年來，由美國航空航天局（NASA）約翰遜航天中心（JSC）史密斯（Smith SM）等人組成的研究團隊，對“國際空間站”長期考察乘組乘員的營養狀況進行了持續不斷的深入觀察和研究，從而不斷完善“國際空間站”乘員營養健康評估體系，為乘員在軌膳食營養建議、返回后康復、調整食品供給等方面提供了重要的支持。

“國際空間站”第1～14長期考察組乘員營養監測指標

（1）乘員營養狀況基礎性監測

從研究脈絡看，首先對“國際空間站”建設和組裝期第1～14乘組的營養狀況進行了觀察，主要是了解長期飛行對乘員營養狀況的影響，同時對與太空飛行健康風險，如骨鈣丟失、腎結石等有關的營養素和生物標記進行了觀察，監測依據是JSC#28566（駐留期延長的航天飛行任務乘員營養狀況評估，修訂版1，2000）。

由于當時還不能實現將在軌采集的血、尿帶回地面進行分析，飛行中只進行了膳食攝入和有限的生化指標測量，大部分數據是飛行前、后（飛行前第180天、第45天，飛行后2～4h）的對比。

早期的主要研究結果有：

飛行期間，乘員攝入的膳食能量占推薦量的80%，能量攝入低仍然是乘員的重要問題。因為，從整體而言，它與維生素、礦物質攝入不足相關。飛行后營養狀況發生顯著變化，有些可能與膳食攝入不足有關，而其他則明顯是受航天飛行的影響。根據“天空實驗室”（SkyLab）空間站的代謝研究結果可知，乘員可以吃進推薦量的能量，能量攝入低可能與每餐準備時間或分配給每餐的時間有關。

4～6個月的長期飛行后，不僅是維生素D營養狀況下降，而且機體對維生素D代謝和作用的正常反應也發生了改變。這由此也引發了對維生素D缺乏臨界點的關注和爭論，因為過去的推薦量是基于僅僅預防佝僂病和骨軟化，沒有考慮慢性營養缺乏癥，而已經證實維生素D也是長潛伏期疾病的一個重要決定因素，癥狀明顯的缺乏和邊緣性缺乏都應該考慮。因此，如果按一些研究所建議的血清25（OH）-維生素D3水平應該在80nmol/L左右，那將意味著80%～90%的受試者飛行前和飛行后的維生素D狀況都不是最理想。

著陸后，維生素D狀況的改變還伴隨著骨吸收增加的證據，著陸后尿中的骨吸收標記比發射前高40%～75%，數據支持以前的發現。

著陸后，航天員尿中鎂和磷的濃度約比發射前低45%，以前的航天飛行研究結果一致認為，尿中鎂明顯下降，可能是由于鎂的攝入減少。尿中鎂的減少應該是長期飛行的一個關注點，因為鎂有抑制草酸鈣形成腎結石的作用。

維生素K在航天飛行中的作用必須進一步評估。飛行期間，血清中維生素K濃度低于飛行前，維生素K水平下降也寓意著骨健康下降，維生素K與蛋白質中的羧基谷氨酸形成有關，如骨鈣素和細胞間質羧基谷氨酸蛋白。

航天飛行對葉酸和維生素E也有影響。發射前，大部分被研究者的紅細胞葉酸在或接近正常范圍的上限，著陸后他們大部分人的紅細胞葉酸則趨向正常范圍的下限，還不知道這種下降是會達到平衡還是隨著任務期的延長會繼續下降。食品加工技術不會減少航天飛行膳食中葉酸的有效性，這樣飛行中食物攝入不足而非葉酸有效性有限，可能是葉酸狀況下降的一個關鍵促成因素。每周攝入的復合維生素量與紅細胞葉酸水平正相關（r=0.62，P＜0.05），由此提示，飛行中葉酸營養狀況下降可能與葉酸攝入減少有關。著陸后γ-生育酚而不是α-生育酚水平顯著下降，這可能是由于總的食物攝入下降引起，或由輻射/氧化應激所致。而α-生育酚沒有發生變化，可能與飛行中使用補充劑有關。

在空間站的日本航天員手拿筷子，身邊兩個裝著食品的袋子在自由飄動

飛行環境中的一些氧化應激因素可潛在誘導生物系統發生氧化損傷，這樣的應激因素有兩個：輻射損傷和間歇性高氧癥。著陸后，超氧岐化酶的下降提示飛行中抗氧化能力下降，著陸后血清中8-OH-鳥苷酸水平高于發射前，提示飛行后機體DNA損傷增加。8-OH-鳥苷酸的增加程度與主動吸煙和被動暴露在吸煙環境中的影響類似。

飛行中機體鐵代謝發生了改變，作為暴露在微重力環境的結果，儲鐵池可能發生了改變。因為鐵蛋白濃度增加和血清鐵濃度減少，造成這些改變的可能性是急性炎癥反應沒能被排除。然而，沒有發現其他急性期蛋白（如血漿銅藍蛋白）發生變化提示，可能有多個機制參與了。

這些研究數據證明：骨丟失、維生素狀況受損、氧化損傷是航天飛行中最重要的營養關注，同時還要關注飛行中長期儲存和輻射暴露下食品系統營養素的穩定性。

（2）營養素與長期飛行健康風險相關性研究

前期基于飛行前和飛行后營養評估報告的發現是引人關注的，但它只提供了飛行前和飛行后的評估。為了更好地了解航天飛行對營養的影響，NASA自“國際空間站”第14長期考察組開始，將營養評估方案進行了擴展—增加了飛行后30天這一段時間的觀察，增加了收集飛行中的血樣和尿樣，增加了另外的營養狀況標記。關于增加的營養相關標記主要有：為了更好地監測骨健康和對抗措施的效果，測定了骨代謝的其他標記物，如螺旋肽、骨骼保護因子（OPG）、NF-κB配體受體激活劑（RANKL）、類胰島素生長因子-1（IGF-1）；為了更好地鑒定航天飛行中氧化傷害的類型，測定了氧化損傷的新標記物，如8-異前列腺素F2a、蛋白質羰基、氧化型和還原型谷胱甘肽；為了更好地了解葉酸、維生素B6的營養狀況，以及飛行中和飛行后心血管相關風險因素，將營養評估參數增加了血清葉酸、血漿吡哆醛5'-磷酸、同型半胱氨酸、飛行期間和飛行后葉酸及維生素B6狀況；此外，應激激素以及影響骨和肌肉代謝的激素也將被測量，如二氫麥角隱亭（DHEA）、脫氫表雄酮（DHEAS）、皮質醇、睪酮、雌二醇。這些評估指標的增加將有助于為健康監測和乘員康復做出更準確的建議。

關于營養素與長期飛行健康風險相關性的研究主要有：《航天飛行后視覺改變與依賴維生素B12和葉酸的一碳代謝有關》、《長期航天飛行阻抗鍛煉和營養對骨骼的益處：生化檢測和骨密度儀提供的證據》、《ω-3脂肪酸或二十五碳烯酸通過抑制NF-kB活化而阻礙失重誘導的骨丟失：從細胞到臥床試驗再到航天員》、《空間站長期飛行中乘員鐵營養狀況與氧化損傷和骨丟失之間的相關性》。

也需要進一步研究系統與對抗措施的相互作用，如既可增強肌肉蛋白合成，又不損害骨健康所需要的蛋白質氨基酸。輻射暴露、營養及食物成分的相互關系研究才剛剛開始。

航天食品

（1）“國際空間站”食品營養素穩定性研究

由于不確定太空的輻射環境是否對食品中的營養含量有影響，但輻射對啟動食品氧化損傷的潛力是很高的，尤其是許多食品暴露在長駐留期的時間里。Zwart等人在2006年7月開始的一個項目中對運往“國際空間站”食品的營養素穩定性進行了研究，結果顯示維生素效價隨儲存時間而下降，但地面儲藏和飛行中艙內儲藏之間沒有差異，研究結果將為飛船設計和探索任務食品系統的設計提供重要信息。

（2）航天食品研發

當前“國際空間站”的食品系統實質上還是預包裝食品系統，航天員的營養需求供給全部由地面生產加工而成的預包裝食譜食品外加維生素、礦物質營養補充劑承載。為了進一步提高航天食品的可口性，保證乘員的營養健康和福利，NASA將益生劑、保健食品、食用香料和營養素微膠囊化，新的食譜和烹飪配方研發作為航天食品研發的重要方向，NASA通過商業合作伙伴等方式征集相關企業和團隊開展航天食品研發，然后進行評估并將滿足需求的產品納入航天食品名錄。

1）由阿爾拉食品安巴公司（Arla Foods amba）研發保質期不低于1年的乳制品。當這些乳制品與熱水混合時，味道必須要好，因為“國際空間站”只有熱水。乳制品可以提供航天員膳食中必需的營養素鈣和維生素D，由于在微重力下，航天員每月的骨質量丟失在1.4%～2%，而缺乏陽光暴露又導致維生素D缺乏。阿爾拉食品安巴公司已向約翰遜航天中心提交了3種乳制品：乳飲料、可勺取益生劑和奶酪。

2）將大豆加入航天員膳食是NASA需要解決的航天食品挑戰之一。而NASA的營養學家們希望在航天員膳食中加入更多的大豆，因為大豆中含有許多有益健康的因子。3F公司（Triple F Inc.）于2002年開始為NASA進行凍干大豆食品的研發，第一款產品是凍干無肉無豆辣椒，由于辣椒中加入類似肉的成分，這款產品吃起來就像辣椒拌肉，還可以加熱水快速復水，而大多數凍干航天食品則需要數分鐘（5～20min）才能完全復水。約翰遜航天中心已經批準將這款產品列入航天食品名錄，航天員品嘗認可后就可納入他們的食譜。

國外航天員在“國際空間站”品嘗剛剛收獲的生菜

3）將民族食品開發為航天食品。以分子烹飪聞名的英國廚師赫斯頓 布盧門撒爾（Heston Blumenthal）與英國航天局（UKSA）和NASA合作，為“國際空間站”第47長期考察組乘員英國航天員蒂姆 皮克（Tim Peake）制作出了7款懷舊的英國菜，其中的挑戰是要使這些食物適合皮克在6個月的“國際空間站”駐留期間食用。呈給“國際空間站”駐留者食譜中的經典英國菜包括咖喱雞、香腸、洋蔥以及熏肉培根三明治，這些都是有家的味道的食品。廚師及其團隊花了數月來研制這款培根三明治罐頭，以確保它嘗起來確實像培根。

此外，還有尼普頓技術與生物資源公司（Neptune technologies & bioressources，Inc.）為“國際空間站”開發了富含ω-3脂肪酸的海洋資源保健食品，由邁納斯大宗商品咨詢公司（Meiners Commodity Consultants S.A.）為“國際空間站”開發了緩釋的微膠囊化維生素、微量元素補充劑，傳統食品有限公司（Heritage Fare，Ltd.）為“國際空間站”研發了可用作食品香味增強劑和延長保質期的脂肪替代品等。

（3）太空蔬菜種植研究

“國際空間站”蔬菜植物生長系統內生長的紅葉生菜

由于預包裝食品中的關鍵營養素（主要維生“國際空間站”駐留1年期任務航天員斯科特·凱利（Scott Kelly）用小瓶子將輕榨優質橄欖油和意大利香醋撒抹在生菜葉上，進食后滿意地說：“真好吃，味道像芝麻菜！”。在“國際空間站”進行百日菊栽培則是為今后種植開花果實植物如西紅柿等進行前期研究，因為在太空種植開花植物比多葉蔬菜更具有挑戰性，光照和其他環境參數要求更嚴格，NASA計劃于2017年在“國際空間站”種植西紅柿。另據報道，蔬菜植物生長系統將在“國際空間站”持續進行素）生物效價會隨存儲時間的延長而下降，隨著人類太空駐留時間的延長，在太空種植營養而適口性好的蔬菜變得越來越重要。很多專家并不建議使用營養素膠囊補充劑，其原因主要有：乘員的遵從性和可能引發的負面影響、補充劑形式的營養素比食物中降解得快、補充劑與純粹食物中的許多天然化合物不能形成協同效應。植物生物再生系統具有隨著時間的進行而補充營養素的很大潛力，同時通過引入新鮮食物增加了食品系統的品種、質地、風味和色彩等特點，從而起到支持乘員心理健康的作用。

關于在軌栽培植物的研究已有近30年的歷史，在俄羅斯和平號（Mir）空間站、美國航天飛機飛行中和“國際空間站”上都曾進行過實驗，最為成功的則是由肯尼迪航天中心和軌道科學公司（OSC，現更名為軌道-ATK公司）合作研發的蔬菜植物生長系統（Veggie Plant Growth System，簡稱Veggie系統），該系統于2014年4月20日送達“國際空間站”，迄今該系統已成功種植收獲了紅葉生菜Outredgeous和百日菊。經地面科研人員對“國際空間站”生長的紅葉生菜進行檢測后發布聲明：這些生菜完全可以安全放心地食用。長期吃預包裝航天食品的乘員們在品嘗過生菜后給予了很高的評價，幾年實驗，屆時將會有更多種類的蔬菜生產出來供航天員食用。

這些研究也將為深空探索任務，如為月球基地、火星基地提供重要支持。

2　月球、火星任務的航天營養與食品

未來載人登月、載人登火星任務中的航天營養與食品保障，將面向月球、火星前哨基地—長期居留地。2005年，美國曾計劃重返月球，這次行動的重點是要建立一個月球前哨基地，在那里繼續開展研究，并加強將人類送往火星和健康返回的能力。從食品供給研究的角度看，月球基地是火星基地的重要技術儲備和跳板，而且NASA近年來的研究目標也直接指向了火星基地，因此本節重點介紹火星基地航天營養與食品的研究。

對于一個典型的火星任務，人類需要經歷6～8個月才能進入深空，在到達火星后，乘員能夠在0.38g的火星引力場內停留的時間是1～2個月或1.5年，這期間沒有其他可能的時間段。只有停留上述兩者中的任意1個周期后，乘員才能經過漫長的旅程返回地球。同樣是因為軌道動力學原因，使得每2年才能獲得1次乘員和貨物的發射窗口，從而不能實施任務規劃以外的返回或補給。基于這種任務特點，火星任務航天營養與食品研究的重點應該是長期深空探測任務中乘員的營養需求特點及營養評價、5年以上長保質期食品研究、火星居留地作物種植及加工等。

國外火星基地的食物生產模型

長期飛行乘員營養需求及營養評價研究

2015年3月-2016年3月，美國航天員斯科特·凱利和俄羅斯航天員米哈伊爾·科爾年柯在“國際空間站”完成了1年期駐留任務，NASA方面同時實施了關于斯科特·凱利和他的同卵雙胞胎兄弟馬克·凱利的天地對比試驗。1年期駐留任務所實施的科學研究主要針對30個月載人登火星任務（6個月去火星，火星表面駐留18個月，從火星返回6個月），通過評估長期航天飛行對人的影響，并識別航天員在小行星、火星或更遠長期駐留任務中所面臨的醫學、心理學和生物醫學挑戰，為未來深空載人任務做準備，其中《NASA生化檢測項目》（生化檢測清單）的一部分內容就是與長期飛行營養代謝有關。關于前哨基地乘員營養需求及評價的研究還未見更多報道。

長保質期食品研究

3～5年長保質期預包裝食品主要是供乘員在地球-火星往返途中食用，食品系統基本與當前“國際空間站”類似，而目前“國際空間站”食品的保質期要求是1年。如何保證食品營養素生物可利用性、色澤、風味不因保存時間延長而下降，是目前研究的重點之一。

食品保質期主要取決于微生物生長情況、食品的風味變化，即口感、所含營養素的生物可利用價值的變化，而當前所采用的保證食品保質期的加工處理技術主要是熱穩定處理、輻照、凍干等技術，其中熱穩定處理是最有效的技術，但它對食品中的維生素效價和蛋白質品質有不利影響。而目前“國際空間站”使用的65種熱穩定類食品經過5年儲藏后，只有7種食品具有可接受性，因此研發長保質期熱穩定食品是一個重點。

由于已經證實隨著存儲時間的延長，食品中維生素會發生降解而導致生物可利用性下降，已經識別出了5種維生素應該在長保質期食品中進行強化，包括維生素K、維生素B1、葉酸、維生素B5和維生素E，這5種化合物在航天食品系統中降解趨勢明顯，可能在長期飛行中不能滿足乘員需要。對強化在幾款凍干食品和熱穩定食品中的這些維生素穩定性進行了2年期的研究，旨在找到適合強化的食品類型、強化食品的適宜保存溫度等。保存1年后的檢測結論是：維生素強化可以降低食品存儲過程中色澤的變差，但高溫存儲會抵消這種作用；維生素強化作用對食品的感官特性沒有不良影響，溫度較低（4℃和21℃）比溫度較高（35℃）的存儲條件能夠維持較高的可接受度；將占每日膳食推薦量25%的維生素E、維生素K、葉酸和維生素B5，通過維生素強化食品來提供是可行的選擇，但熱穩定處理技術對維生素B1的穩定性則是不利的；高溫存儲似乎對所有測試指標都有不良影響。因此，在長期任務中使用冰箱存儲食物可能是有益的。關于該研究的后續結果還未見報道。

考慮到火星任務等長期航天飛行可能會對航天員生理造成不良影響，如骨丟失等，功能食品如富含番茄紅素、類黃酮、ω-3的產品以及水果、蔬菜，可以減輕航天飛行對包括骨健康在內的生理因素的負面影響。由于生物活性物質就像其他化學物質一樣也會降解和失效，但從未對航天飛行中其固有濃度和穩定性進行過測定，也沒有得到航天探索（5年）任務中商業產品存儲期的足夠信息。為此，對3種儲藏溫度條件（4℃、21℃、35℃）下存儲2年的12款航天食品中的葉黃素、番茄紅素、β-胡蘿卜素、ω-3脂肪酸、多酚、花青素以及甾醇的穩定性進行了研究。此外，對較大樣本量的食品在21℃存儲的營養素及品質穩定性進行了評價，其中包括12種新研發的食品、10種預包裝滿足航天飛行要求的市售食品、5種當前“國際空間站”的食譜食品，這些食品預期是ω-3脂肪酸、番茄紅素、類黃酮的良好來源。經過1年儲藏后的檢測結果顯示，食品中ω-3脂肪酸具有良好的穩定性，與儲藏溫度無關；多酚類物質也顯示出良好的穩定性；番茄紅素在油性基質產品中比在水性基質產品中具有更好的穩定性，因為油脂可以保護番茄紅素分子提供脂肪酸。另外，番茄紅素在凍干產品中的穩定性比在水分含量高的產品中更好。在所測試的食品中，大多數營養素在經過1年的儲藏后，其穩定性仍然很好，但是，為了保證所有營養素都能夠穩定，在長期航天飛行中還是必須要考慮儲藏溫度。關于儲藏2年后食品中營養素的保留信息仍然需要了解更多，以便于確定滿足火星任務食品保質期超過5年所需的營養學空白，并將針對性強的功能食品整合進火星任務航天食品系統中。

從已有的文獻看，NASA及相關協作者正在從多個方面進行長保質期預包裝食品的研究，但目前的研究主要是對各類食品的可接受性評價、維生素等易降解營養素的變化情況，以及適宜儲藏溫度等基本情況的了解。基于火星任務長保質期的需求，相關人員開展了綜合產品、包裝、加工和環境措施優化食品系統的研究，采用配方調整、新包裝和加工技術，以及改進儲存條件來優化食品保質期。對兩種新的食品加工技術進行了試驗：微波輔助熱力殺菌（MATS）和壓力輔助熱力殺菌（PATS）與傳統的殺菌釜技術在保留食品色澤、食品物性的前提下對濕包食品穩定性的影響，從而了解在較低處理溫度下是否能生產出微量營養素品質較高、保質期較長的食品。結果顯示，微波輔助熱力殺菌工藝生產出的食品，其最初的色澤和物性很好，但這種優勢并不能維持太久。而非金屬包裝膜很可能不能提供足夠的阻氧率，而微波輔助熱力殺菌與傳統的殺菌釜技術在維生素穩定性方面沒有差異。類似地，采用壓力輔助熱力殺菌的水果類產品，經過3年存儲后并沒有比傳統的殺菌釜技術在維生素穩定性方面有所改善。該研究還從食品儲藏溫度和包裝對食品品質的影響進行了研究，結果顯示，降低儲藏溫度并不是抑制奶油餅干逐步酸敗的決定性因素，冷凍儲藏對果蔬物性品質有損害，而冷藏保存則有助于保持植物性食品的色澤和口感；在包裝方面，與阻隔率最高的非金屬膜相比，金屬外包裝膜能顯著降低奶油餅干的酸敗過程，而加入除氧劑保藏，則會導致奶油餅干的濕度隨保存時間的增加而顯著增加。采用冷藏與壓力輔助熱力殺菌結合的方法，有望使大多數水果保存5年后的感官品質具有可接受性。低溫稍微對維生素降解有一些緩解，但添加維生素C是一種更為穩妥的強化方法。另外，關于包裝的問題也應該進一步研究，以確保在食品保質期內維生素供給的充足。同樣地，為了使濕包裝主菜及湯的保質期提高到5年，應該進行以下幾方面的研究：顯著改進微波輔助熱力殺菌產品的包裝膜、優化配方以調整導電性、維生素強化、低溫儲藏等。研究也顯示，烘焙食品及其他環境敏感性航天食品，需要阻氧、阻濕性好的包裝，但脫氧劑和低溫并不能改善烘焙食品的保質期。

前哨基地艙內種植作物及轉化為食物的研究

在前哨基地，乘員的大部分食物將是來自艙內種植的作物，NASA公布的當前允許在太空種植的作物名錄中包括：甘藍、胡蘿卜、食用甜菜、干豆、生菜、洋蔥、花生、土豆、蘿卜、稻谷、大豆、菠菜、紅薯、番茄和小麥等，如何將這些作物在低重力環境下種植成功并加工成可食用食物，如何保證由這些作物搭配的膳食滿足乘員營養需求，是這個領域的研究重點。

1995-1997年，NASA約翰遜航天中心實施了先進的生命保障試驗項目，第三期試驗內容之一是模擬火星食譜。他們進行了10天周期食譜試驗，即90%的食譜能量來自NASA作物清單中的食材（小麥、花生、大豆、番茄、大米、馬鈴薯、紅薯、生菜、番茄、綠洋蔥、綠葉蔬菜、香草），其余的10%由水果、飲料、調味品等補給類食品來滿足。艙內駐留試驗者將封閉艙內種植的小麥收獲后磨粉制作面包，美國量子器件公司（Quantum Devices，Inc.）提供的食用營養再生性開發生長裝置（簡稱菜園）栽培了沃爾德曼綠生菜（Waldman’s green lettuce）。這次試驗為評估未來航天食品系統、評價將艙內種植的作物轉換成可食用的食物，提供了一次獨特的機會。

除了摘吃多葉類植物的試驗種植外，太空種植艙內的模擬研究也正在逐步深入，比如2016年3月，荷蘭瓦格寧根大學研究中心（Wageningen UR）的火星模擬農場就首次收獲了番茄和豌豆，這次試驗是該火星農場的第二輪種植實驗，收獲的作物有西紅柿、豌豆、黑麥、芝麻菜、蘿卜和獨行菜等。該項目使用托盤代替了“小枕頭”作為栽培床，并在火星和月球模擬土壤中增加了有機材料（新剪的草），從而不僅解決了第一次實驗中澆水遇到的問題，還增加了土壤中的肥料。另外，研究人員對火星模擬土壤和月球模擬土壤進行的測試結果顯示，在火星模擬土壤上種植農作物，通過適當地準備和澆灌可以獲得與地球受控土壤相同的產量，而月球模擬土壤的產量比較低。此外，因為預計在火星和月球上第一次種植農作物應該是在地下室進行，這是為了防護植物免受惡劣環境—包括宇宙輻射的影響。栽培實驗在玻璃容器內完成，環境嚴格受控，實驗室內保持模擬地球栽培環境的恒溫、恒濕和不變的光照條件。根據研究人員介紹，前期完成的兩輪實驗主要關注農作物的生存能力，隨后的實驗將重點放在適食性和食品安全方面，原因是火星土壤含有很多重金屬成分，包括鉛、砷和汞，研究人員需要研究收獲農作物的毒素水平。

另外，NASA近日宣布正在與利馬國際馬鈴薯中心（CIP）合作，從該中心登記在冊的4500種土豆中精心挑選出100種開展土豆塊莖種植試驗，試驗地點選在秘魯南部阿塔卡馬沙漠的拉霍亞荒原，這里是全球最干旱地區之一，與火星極端環境極為相似。試驗已于2016年3月開始，正在進行試驗的有65種土豆，經過嚴格評估的品種還要接受強紫外線照射實試，最終確定能在火星上進行培育種植的土豆品種。

迄今，關于前哨基地植物種植及食物轉化研究主要是地基模擬研究。而2015年在“國際空間站”蔬菜植物生長系統內種植百日菊的實驗，則是在“國際空間站”微重力條件下的實驗，百日菊作物所呈現給研究人員的信息，對于生長期較長的許多果蔬作物，如番茄、青椒、草莓，以及豆類、花生等主要農作物將有重要價值，它對于科學家進一步了解深空任務和NASA火星之旅中的作物生長情況具有重要意義。

在“國際空間站”里盛開的百日菊

3　結語

從NASA在“國際空間站”和前哨基地任務中所開展的航天營養與食品研究中可以看出，在載人航天任務的牽引下，人們對營養素在長期航天飛行中對乘員健康作用和影響的認識在不斷豐富和深入，在“國際空間站”這個在軌實驗平臺上，科學家正在獲得更多的相關生理、生化標記和信息，從而不斷完善乘員營養狀況的在軌監測，并嘗試通過營養手段對飛行中出現的有關健康風險進行干預和緩解。

為了保證任務的順利完成和乘員工作績效，為乘員提供營養、健康、可口、種類多樣的飛行膳食，是航天食品系統的永恒主題。因此，研發更接近地面家的感覺的預包裝食品，一直是營養師和食品專家的努力方向。同時，隨著為將來前哨基地作物種植準備研究的進展，研發將這些作物加工成可口食物的加工設備和工藝也在進行中，如NASA的商業合作伙伴布雷迪國際制造（Bready International，AB）正在研發適合在前哨基地使用的烤面包爐，愛荷華大豆促進董事會（Iowa Soybean Promotion Board）正在進行大豆食品新產品研發和大豆太空加工新工藝研究，3F公司還研發了一種精煉大豆和花生油的方法—免溶劑脫膠法，可以用在前哨基地制備食用油，供乘員烹飪和油炸太空作物如土豆等，以及制作面包、蛋糕。所有這些研究與努力，正在成就人類載人航天探索的漫漫征程，也為我們的地面生活帶來回饋和福祉。

Research on the Progress of Foreign Aerospace Nutrition and Food