国外航天营养与食品研究进展

武艳萍 强静 （中国航天员科研训练中心）

国外航天营养与食品研究进展

武艳萍 强静 （中国航天员科研训练中心）

随着载人航天的不断发展，航天员太空停留时间也从加加林最初的1h48min增加到如今“国际空间站”常规驻留6个月，而由美国航天员斯科特·凯利和俄罗斯航天员米哈伊尔·科尔年柯共同执行的“国际空间站”1年期驻留任务也于2016年3月2日顺利结束。回顾世界载人航天走过的历程，一个不争的事实是：每一次载人航天任务的顺利完成，都与乘员良好的食品与营养保障密不可分，尤其是随着太空驻留时间的延长，航天食品与营养对乘员生理和心理的健康以及工作绩效方面的影响将愈加重要。为此，对航天营养与食品提出了更高的要求，以满足长期载人航天的需要。

1　基于“国际空间站”长期驻留乘员营养与食品保障的研究

“国际空间站”乘员营养与食品保障方案主要是基于美俄联合项目“航天飞机-和平号”计划而形成的，目前“国际空间站”乘员膳食营养保障所遵循的仍然是1996年美俄专家共同制定的标准—《“国际空间站”360天内任务每日膳食推荐量》（JSC-28038），从联合食谱的配置到食品供给管理等都相对完善和成熟，基本保证了“国际空间站”乘员的营养健康。然而，受当时研究条件、技术手段等因素的限制，仍有知识空白，仍有需要完善和不断提高的地方。在针对“国际空间站”乘员营养与食品保障方面的研究，主要有以下几方面。

长期飞行中乘员的营养健康监测与评价

（包括乘员临床营养评价）

NASA食品科学家在烹饪新鲜蔬菜

关于乘员在航天飞行中的营养及生理变化，虽然在“国际空间站”之前的任务中也获取过一些数据和信息，但由于样本量少、数据不完整等原因，还不能全面深刻了解机体在微重力环境下的营养代谢情况和机理。为了给长期飞行乘员提出理想的营养需求标准和膳食建议，保证航天员健康，自“国际空间站”运行15年来，由美国航空航天局（NASA）约翰逊航天中心（JSC）史密斯（Smith SM）等人组成的研究团队，对“国际空间站”长期考察乘组乘员的营养状况进行了持续不断的深入观察和研究，从而不断完善“国际空间站”乘员营养健康评估体系，为乘员在轨膳食营养建议、返回后康复、调整食品供给等方面提供了重要的支持。

“国际空间站”第1～14长期考察组乘员营养监测指标

（1）乘员营养状况基础性监测

从研究脉络看，首先对“国际空间站”建设和组装期第1～14乘组的营养状况进行了观察，主要是了解长期飞行对乘员营养状况的影响，同时对与太空飞行健康风险，如骨钙丢失、肾结石等有关的营养素和生物标记进行了观察，监测依据是JSC#28566（驻留期延长的航天飞行任务乘员营养状况评估，修订版1，2000）。

由于当时还不能实现将在轨采集的血、尿带回地面进行分析，飞行中只进行了膳食摄入和有限的生化指标测量，大部分数据是飞行前、后（飞行前第180天、第45天，飞行后2～4h）的对比。

早期的主要研究结果有：

飞行期间，乘员摄入的膳食能量占推荐量的80%，能量摄入低仍然是乘员的重要问题。因为，从整体而言，它与维生素、矿物质摄入不足相关。飞行后营养状况发生显著变化，有些可能与膳食摄入不足有关，而其他则明显是受航天飞行的影响。根据“天空实验室”（SkyLab）空间站的代谢研究结果可知，乘员可以吃进推荐量的能量，能量摄入低可能与每餐准备时间或分配给每餐的时间有关。

4～6个月的长期飞行后，不仅是维生素D营养状况下降，而且机体对维生素D代谢和作用的正常反应也发生了改变。这由此也引发了对维生素D缺乏临界点的关注和争论，因为过去的推荐量是基于仅仅预防佝偻病和骨软化，没有考虑慢性营养缺乏症，而已经证实维生素D也是长潜伏期疾病的一个重要决定因素，症状明显的缺乏和边缘性缺乏都应该考虑。因此，如果按一些研究所建议的血清25（OH）-维生素D3水平应该在80nmol/L左右，那将意味着80%～90%的受试者飞行前和飞行后的维生素D状况都不是最理想。

着陆后，维生素D状况的改变还伴随着骨吸收增加的证据，着陆后尿中的骨吸收标记比发射前高40%～75%，数据支持以前的发现。

着陆后，航天员尿中镁和磷的浓度约比发射前低45%，以前的航天飞行研究结果一致认为，尿中镁明显下降，可能是由于镁的摄入减少。尿中镁的减少应该是长期飞行的一个关注点，因为镁有抑制草酸钙形成肾结石的作用。

维生素K在航天飞行中的作用必须进一步评估。飞行期间，血清中维生素K浓度低于飞行前，维生素K水平下降也寓意着骨健康下降，维生素K与蛋白质中的羧基谷氨酸形成有关，如骨钙素和细胞间质羧基谷氨酸蛋白。

航天飞行对叶酸和维生素E也有影响。发射前，大部分被研究者的红细胞叶酸在或接近正常范围的上限，着陆后他们大部分人的红细胞叶酸则趋向正常范围的下限，还不知道这种下降是会达到平衡还是随着任务期的延长会继续下降。食品加工技术不会减少航天飞行膳食中叶酸的有效性，这样飞行中食物摄入不足而非叶酸有效性有限，可能是叶酸状况下降的一个关键促成因素。每周摄入的复合维生素量与红细胞叶酸水平正相关（r=0.62，P＜0.05），由此提示，飞行中叶酸营养状况下降可能与叶酸摄入减少有关。着陆后γ-生育酚而不是α-生育酚水平显著下降，这可能是由于总的食物摄入下降引起，或由辐射/氧化应激所致。而α-生育酚没有发生变化，可能与飞行中使用补充剂有关。

在空间站的日本航天员手拿筷子，身边两个装着食品的袋子在自由飘动

飞行环境中的一些氧化应激因素可潜在诱导生物系统发生氧化损伤，这样的应激因素有两个：辐射损伤和间歇性高氧症。着陆后，超氧岐化酶的下降提示飞行中抗氧化能力下降，着陆后血清中8-OH-鸟苷酸水平高于发射前，提示飞行后机体DNA损伤增加。8-OH-鸟苷酸的增加程度与主动吸烟和被动暴露在吸烟环境中的影响类似。

飞行中机体铁代谢发生了改变，作为暴露在微重力环境的结果，储铁池可能发生了改变。因为铁蛋白浓度增加和血清铁浓度减少，造成这些改变的可能性是急性炎症反应没能被排除。然而，没有发现其他急性期蛋白（如血浆铜蓝蛋白）发生变化提示，可能有多个机制参与了。

这些研究数据证明：骨丢失、维生素状况受损、氧化损伤是航天飞行中最重要的营养关注，同时还要关注飞行中长期储存和辐射暴露下食品系统营养素的稳定性。

（2）营养素与长期飞行健康风险相关性研究

前期基于飞行前和飞行后营养评估报告的发现是引人关注的，但它只提供了飞行前和飞行后的评估。为了更好地了解航天飞行对营养的影响，NASA自“国际空间站”第14长期考察组开始，将营养评估方案进行了扩展—增加了飞行后30天这一段时间的观察，增加了收集飞行中的血样和尿样，增加了另外的营养状况标记。关于增加的营养相关标记主要有：为了更好地监测骨健康和对抗措施的效果，测定了骨代谢的其他标记物，如螺旋肽、骨骼保护因子（OPG）、NF-κB配体受体激活剂（RANKL）、类胰岛素生长因子-1（IGF-1）；为了更好地鉴定航天飞行中氧化伤害的类型，测定了氧化损伤的新标记物，如8-异前列腺素F2a、蛋白质羰基、氧化型和还原型谷胱甘肽；为了更好地了解叶酸、维生素B6的营养状况，以及飞行中和飞行后心血管相关风险因素，将营养评估参数增加了血清叶酸、血浆吡哆醛5'-磷酸、同型半胱氨酸、飞行期间和飞行后叶酸及维生素B6状况；此外，应激激素以及影响骨和肌肉代谢的激素也将被测量，如二氢麦角隐亭（DHEA）、脱氢表雄酮（DHEAS）、皮质醇、睾酮、雌二醇。这些评估指标的增加将有助于为健康监测和乘员康复做出更准确的建议。

关于营养素与长期飞行健康风险相关性的研究主要有：《航天飞行后视觉改变与依赖维生素B12和叶酸的一碳代谢有关》、《长期航天飞行阻抗锻炼和营养对骨骼的益处：生化检测和骨密度仪提供的证据》、《ω-3脂肪酸或二十五碳烯酸通过抑制NF-kB活化而阻碍失重诱导的骨丢失：从细胞到卧床试验再到航天员》、《空间站长期飞行中乘员铁营养状况与氧化损伤和骨丢失之间的相关性》。

也需要进一步研究系统与对抗措施的相互作用，如既可增强肌肉蛋白合成，又不损害骨健康所需要的蛋白质氨基酸。辐射暴露、营养及食物成分的相互关系研究才刚刚开始。

航天食品

（1）“国际空间站”食品营养素稳定性研究

由于不确定太空的辐射环境是否对食品中的营养含量有影响，但辐射对启动食品氧化损伤的潜力是很高的，尤其是许多食品暴露在长驻留期的时间里。Zwart等人在2006年7月开始的一个项目中对运往“国际空间站”食品的营养素稳定性进行了研究，结果显示维生素效价随储存时间而下降，但地面储藏和飞行中舱内储藏之间没有差异，研究结果将为飞船设计和探索任务食品系统的设计提供重要信息。

（2）航天食品研发

当前“国际空间站”的食品系统实质上还是预包装食品系统，航天员的营养需求供给全部由地面生产加工而成的预包装食谱食品外加维生素、矿物质营养补充剂承载。为了进一步提高航天食品的可口性，保证乘员的营养健康和福利，NASA将益生剂、保健食品、食用香料和营养素微胶囊化，新的食谱和烹饪配方研发作为航天食品研发的重要方向，NASA通过商业合作伙伴等方式征集相关企业和团队开展航天食品研发，然后进行评估并将满足需求的产品纳入航天食品名录。

1）由阿尔拉食品安巴公司（Arla Foods amba）研发保质期不低于1年的乳制品。当这些乳制品与热水混合时，味道必须要好，因为“国际空间站”只有热水。乳制品可以提供航天员膳食中必需的营养素钙和维生素D，由于在微重力下，航天员每月的骨质量丢失在1.4%～2%，而缺乏阳光暴露又导致维生素D缺乏。阿尔拉食品安巴公司已向约翰逊航天中心提交了3种乳制品：乳饮料、可勺取益生剂和奶酪。

2）将大豆加入航天员膳食是NASA需要解决的航天食品挑战之一。而NASA的营养学家们希望在航天员膳食中加入更多的大豆，因为大豆中含有许多有益健康的因子。3F公司（Triple F Inc.）于2002年开始为NASA进行冻干大豆食品的研发，第一款产品是冻干无肉无豆辣椒，由于辣椒中加入类似肉的成分，这款产品吃起来就像辣椒拌肉，还可以加热水快速复水，而大多数冻干航天食品则需要数分钟（5～20min）才能完全复水。约翰逊航天中心已经批准将这款产品列入航天食品名录，航天员品尝认可后就可纳入他们的食谱。

国外航天员在“国际空间站”品尝刚刚收获的生菜

3）将民族食品开发为航天食品。以分子烹饪闻名的英国厨师赫斯顿 布卢门撒尔（Heston Blumenthal）与英国航天局（UKSA）和NASA合作，为“国际空间站”第47长期考察组乘员英国航天员蒂姆 皮克（Tim Peake）制作出了7款怀旧的英国菜，其中的挑战是要使这些食物适合皮克在6个月的“国际空间站”驻留期间食用。呈给“国际空间站”驻留者食谱中的经典英国菜包括咖喱鸡、香肠、洋葱以及熏肉培根三明治，这些都是有家的味道的食品。厨师及其团队花了数月来研制这款培根三明治罐头，以确保它尝起来确实像培根。

此外，还有尼普顿技术与生物资源公司（Neptune technologies & bioressources，Inc.）为“国际空间站”开发了富含ω-3脂肪酸的海洋资源保健食品，由迈纳斯大宗商品咨询公司（Meiners Commodity Consultants S.A.）为“国际空间站”开发了缓释的微胶囊化维生素、微量元素补充剂，传统食品有限公司（Heritage Fare，Ltd.）为“国际空间站”研发了可用作食品香味增强剂和延长保质期的脂肪替代品等。

（3）太空蔬菜种植研究

“国际空间站”蔬菜植物生长系统内生长的红叶生菜

由于预包装食品中的关键营养素（主要维生“国际空间站”驻留1年期任务航天员斯科特·凯利（Scott Kelly）用小瓶子将轻榨优质橄榄油和意大利香醋撒抹在生菜叶上，进食后满意地说：“真好吃，味道像芝麻菜！”。在“国际空间站”进行百日菊栽培则是为今后种植开花果实植物如西红柿等进行前期研究，因为在太空种植开花植物比多叶蔬菜更具有挑战性，光照和其他环境参数要求更严格，NASA计划于2017年在“国际空间站”种植西红柿。另据报道，蔬菜植物生长系统将在“国际空间站”持续进行素）生物效价会随存储时间的延长而下降，随着人类太空驻留时间的延长，在太空种植营养而适口性好的蔬菜变得越来越重要。很多专家并不建议使用营养素胶囊补充剂，其原因主要有：乘员的遵从性和可能引发的负面影响、补充剂形式的营养素比食物中降解得快、补充剂与纯粹食物中的许多天然化合物不能形成协同效应。植物生物再生系统具有随着时间的进行而补充营养素的很大潜力，同时通过引入新鲜食物增加了食品系统的品种、质地、风味和色彩等特点，从而起到支持乘员心理健康的作用。

关于在轨栽培植物的研究已有近30年的历史，在俄罗斯和平号（Mir）空间站、美国航天飞机飞行中和“国际空间站”上都曾进行过实验，最为成功的则是由肯尼迪航天中心和轨道科学公司（OSC，现更名为轨道-ATK公司）合作研发的蔬菜植物生长系统（Veggie Plant Growth System，简称Veggie系统），该系统于2014年4月20日送达“国际空间站”，迄今该系统已成功种植收获了红叶生菜Outredgeous和百日菊。经地面科研人员对“国际空间站”生长的红叶生菜进行检测后发布声明：这些生菜完全可以安全放心地食用。长期吃预包装航天食品的乘员们在品尝过生菜后给予了很高的评价，几年实验，届时将会有更多种类的蔬菜生产出来供航天员食用。

这些研究也将为深空探索任务，如为月球基地、火星基地提供重要支持。

2　月球、火星任务的航天营养与食品

未来载人登月、载人登火星任务中的航天营养与食品保障，将面向月球、火星前哨基地—长期居留地。2005年，美国曾计划重返月球，这次行动的重点是要建立一个月球前哨基地，在那里继续开展研究，并加强将人类送往火星和健康返回的能力。从食品供给研究的角度看，月球基地是火星基地的重要技术储备和跳板，而且NASA近年来的研究目标也直接指向了火星基地，因此本节重点介绍火星基地航天营养与食品的研究。

对于一个典型的火星任务，人类需要经历6～8个月才能进入深空，在到达火星后，乘员能够在0.38g的火星引力场内停留的时间是1～2个月或1.5年，这期间没有其他可能的时间段。只有停留上述两者中的任意1个周期后，乘员才能经过漫长的旅程返回地球。同样是因为轨道动力学原因，使得每2年才能获得1次乘员和货物的发射窗口，从而不能实施任务规划以外的返回或补给。基于这种任务特点，火星任务航天营养与食品研究的重点应该是长期深空探测任务中乘员的营养需求特点及营养评价、5年以上长保质期食品研究、火星居留地作物种植及加工等。

国外火星基地的食物生产模型

长期飞行乘员营养需求及营养评价研究

2015年3月-2016年3月，美国航天员斯科特·凯利和俄罗斯航天员米哈伊尔·科尔年柯在“国际空间站”完成了1年期驻留任务，NASA方面同时实施了关于斯科特·凯利和他的同卵双胞胎兄弟马克·凯利的天地对比试验。1年期驻留任务所实施的科学研究主要针对30个月载人登火星任务（6个月去火星，火星表面驻留18个月，从火星返回6个月），通过评估长期航天飞行对人的影响，并识别航天员在小行星、火星或更远长期驻留任务中所面临的医学、心理学和生物医学挑战，为未来深空载人任务做准备，其中《NASA生化检测项目》（生化检测清单）的一部分内容就是与长期飞行营养代谢有关。关于前哨基地乘员营养需求及评价的研究还未见更多报道。

长保质期食品研究

3～5年长保质期预包装食品主要是供乘员在地球-火星往返途中食用，食品系统基本与当前“国际空间站”类似，而目前“国际空间站”食品的保质期要求是1年。如何保证食品营养素生物可利用性、色泽、风味不因保存时间延长而下降，是目前研究的重点之一。

食品保质期主要取决于微生物生长情况、食品的风味变化，即口感、所含营养素的生物可利用价值的变化，而当前所采用的保证食品保质期的加工处理技术主要是热稳定处理、辐照、冻干等技术，其中热稳定处理是最有效的技术，但它对食品中的维生素效价和蛋白质品质有不利影响。而目前“国际空间站”使用的65种热稳定类食品经过5年储藏后，只有7种食品具有可接受性，因此研发长保质期热稳定食品是一个重点。

由于已经证实随着存储时间的延长，食品中维生素会发生降解而导致生物可利用性下降，已经识别出了5种维生素应该在长保质期食品中进行强化，包括维生素K、维生素B1、叶酸、维生素B5和维生素E，这5种化合物在航天食品系统中降解趋势明显，可能在长期飞行中不能满足乘员需要。对强化在几款冻干食品和热稳定食品中的这些维生素稳定性进行了2年期的研究，旨在找到适合强化的食品类型、强化食品的适宜保存温度等。保存1年后的检测结论是：维生素强化可以降低食品存储过程中色泽的变差，但高温存储会抵消这种作用；维生素强化作用对食品的感官特性没有不良影响，温度较低（4℃和21℃）比温度较高（35℃）的存储条件能够维持较高的可接受度；将占每日膳食推荐量25%的维生素E、维生素K、叶酸和维生素B5，通过维生素强化食品来提供是可行的选择，但热稳定处理技术对维生素B1的稳定性则是不利的；高温存储似乎对所有测试指标都有不良影响。因此，在长期任务中使用冰箱存储食物可能是有益的。关于该研究的后续结果还未见报道。

考虑到火星任务等长期航天飞行可能会对航天员生理造成不良影响，如骨丢失等，功能食品如富含番茄红素、类黄酮、ω-3的产品以及水果、蔬菜，可以减轻航天飞行对包括骨健康在内的生理因素的负面影响。由于生物活性物质就像其他化学物质一样也会降解和失效，但从未对航天飞行中其固有浓度和稳定性进行过测定，也没有得到航天探索（5年）任务中商业产品存储期的足够信息。为此，对3种储藏温度条件（4℃、21℃、35℃）下存储2年的12款航天食品中的叶黄素、番茄红素、β-胡萝卜素、ω-3脂肪酸、多酚、花青素以及甾醇的稳定性进行了研究。此外，对较大样本量的食品在21℃存储的营养素及品质稳定性进行了评价，其中包括12种新研发的食品、10种预包装满足航天飞行要求的市售食品、5种当前“国际空间站”的食谱食品，这些食品预期是ω-3脂肪酸、番茄红素、类黄酮的良好来源。经过1年储藏后的检测结果显示，食品中ω-3脂肪酸具有良好的稳定性，与储藏温度无关；多酚类物质也显示出良好的稳定性；番茄红素在油性基质产品中比在水性基质产品中具有更好的稳定性，因为油脂可以保护番茄红素分子提供脂肪酸。另外，番茄红素在冻干产品中的稳定性比在水分含量高的产品中更好。在所测试的食品中，大多数营养素在经过1年的储藏后，其稳定性仍然很好，但是，为了保证所有营养素都能够稳定，在长期航天飞行中还是必须要考虑储藏温度。关于储藏2年后食品中营养素的保留信息仍然需要了解更多，以便于确定满足火星任务食品保质期超过5年所需的营养学空白，并将针对性强的功能食品整合进火星任务航天食品系统中。

从已有的文献看，NASA及相关协作者正在从多个方面进行长保质期预包装食品的研究，但目前的研究主要是对各类食品的可接受性评价、维生素等易降解营养素的变化情况，以及适宜储藏温度等基本情况的了解。基于火星任务长保质期的需求，相关人员开展了综合产品、包装、加工和环境措施优化食品系统的研究，采用配方调整、新包装和加工技术，以及改进储存条件来优化食品保质期。对两种新的食品加工技术进行了试验：微波辅助热力杀菌（MATS）和压力辅助热力杀菌（PATS）与传统的杀菌釜技术在保留食品色泽、食品物性的前提下对湿包食品稳定性的影响，从而了解在较低处理温度下是否能生产出微量营养素品质较高、保质期较长的食品。结果显示，微波辅助热力杀菌工艺生产出的食品，其最初的色泽和物性很好，但这种优势并不能维持太久。而非金属包装膜很可能不能提供足够的阻氧率，而微波辅助热力杀菌与传统的杀菌釜技术在维生素稳定性方面没有差异。类似地，采用压力辅助热力杀菌的水果类产品，经过3年存储后并没有比传统的杀菌釜技术在维生素稳定性方面有所改善。该研究还从食品储藏温度和包装对食品品质的影响进行了研究，结果显示，降低储藏温度并不是抑制奶油饼干逐步酸败的决定性因素，冷冻储藏对果蔬物性品质有损害，而冷藏保存则有助于保持植物性食品的色泽和口感；在包装方面，与阻隔率最高的非金属膜相比，金属外包装膜能显著降低奶油饼干的酸败过程，而加入除氧剂保藏，则会导致奶油饼干的湿度随保存时间的增加而显著增加。采用冷藏与压力辅助热力杀菌结合的方法，有望使大多数水果保存5年后的感官品质具有可接受性。低温稍微对维生素降解有一些缓解，但添加维生素C是一种更为稳妥的强化方法。另外，关于包装的问题也应该进一步研究，以确保在食品保质期内维生素供给的充足。同样地，为了使湿包装主菜及汤的保质期提高到5年，应该进行以下几方面的研究：显著改进微波辅助热力杀菌产品的包装膜、优化配方以调整导电性、维生素强化、低温储藏等。研究也显示，烘焙食品及其他环境敏感性航天食品，需要阻氧、阻湿性好的包装，但脱氧剂和低温并不能改善烘焙食品的保质期。

前哨基地舱内种植作物及转化为食物的研究

在前哨基地，乘员的大部分食物将是来自舱内种植的作物，NASA公布的当前允许在太空种植的作物名录中包括：甘蓝、胡萝卜、食用甜菜、干豆、生菜、洋葱、花生、土豆、萝卜、稻谷、大豆、菠菜、红薯、番茄和小麦等，如何将这些作物在低重力环境下种植成功并加工成可食用食物，如何保证由这些作物搭配的膳食满足乘员营养需求，是这个领域的研究重点。

1995-1997年，NASA约翰逊航天中心实施了先进的生命保障试验项目，第三期试验内容之一是模拟火星食谱。他们进行了10天周期食谱试验，即90%的食谱能量来自NASA作物清单中的食材（小麦、花生、大豆、番茄、大米、马铃薯、红薯、生菜、番茄、绿洋葱、绿叶蔬菜、香草），其余的10%由水果、饮料、调味品等补给类食品来满足。舱内驻留试验者将封闭舱内种植的小麦收获后磨粉制作面包，美国量子器件公司（Quantum Devices，Inc.）提供的食用营养再生性开发生长装置（简称菜园）栽培了沃尔德曼绿生菜（Waldman’s green lettuce）。这次试验为评估未来航天食品系统、评价将舱内种植的作物转换成可食用的食物，提供了一次独特的机会。

除了摘吃多叶类植物的试验种植外，太空种植舱内的模拟研究也正在逐步深入，比如2016年3月，荷兰瓦格宁根大学研究中心（Wageningen UR）的火星模拟农场就首次收获了番茄和豌豆，这次试验是该火星农场的第二轮种植实验，收获的作物有西红柿、豌豆、黑麦、芝麻菜、萝卜和独行菜等。该项目使用托盘代替了“小枕头”作为栽培床，并在火星和月球模拟土壤中增加了有机材料（新剪的草），从而不仅解决了第一次实验中浇水遇到的问题，还增加了土壤中的肥料。另外，研究人员对火星模拟土壤和月球模拟土壤进行的测试结果显示，在火星模拟土壤上种植农作物，通过适当地准备和浇灌可以获得与地球受控土壤相同的产量，而月球模拟土壤的产量比较低。此外，因为预计在火星和月球上第一次种植农作物应该是在地下室进行，这是为了防护植物免受恶劣环境—包括宇宙辐射的影响。栽培实验在玻璃容器内完成，环境严格受控，实验室内保持模拟地球栽培环境的恒温、恒湿和不变的光照条件。根据研究人员介绍，前期完成的两轮实验主要关注农作物的生存能力，随后的实验将重点放在适食性和食品安全方面，原因是火星土壤含有很多重金属成分，包括铅、砷和汞，研究人员需要研究收获农作物的毒素水平。

另外，NASA近日宣布正在与利马国际马铃薯中心（CIP）合作，从该中心登记在册的4500种土豆中精心挑选出100种开展土豆块茎种植试验，试验地点选在秘鲁南部阿塔卡马沙漠的拉霍亚荒原，这里是全球最干旱地区之一，与火星极端环境极为相似。试验已于2016年3月开始，正在进行试验的有65种土豆，经过严格评估的品种还要接受强紫外线照射实试，最终确定能在火星上进行培育种植的土豆品种。

迄今，关于前哨基地植物种植及食物转化研究主要是地基模拟研究。而2015年在“国际空间站”蔬菜植物生长系统内种植百日菊的实验，则是在“国际空间站”微重力条件下的实验，百日菊作物所呈现给研究人员的信息，对于生长期较长的许多果蔬作物，如番茄、青椒、草莓，以及豆类、花生等主要农作物将有重要价值，它对于科学家进一步了解深空任务和NASA火星之旅中的作物生长情况具有重要意义。

在“国际空间站”里盛开的百日菊

3　结语

从NASA在“国际空间站”和前哨基地任务中所开展的航天营养与食品研究中可以看出，在载人航天任务的牵引下，人们对营养素在长期航天飞行中对乘员健康作用和影响的认识在不断丰富和深入，在“国际空间站”这个在轨实验平台上，科学家正在获得更多的相关生理、生化标记和信息，从而不断完善乘员营养状况的在轨监测，并尝试通过营养手段对飞行中出现的有关健康风险进行干预和缓解。

为了保证任务的顺利完成和乘员工作绩效，为乘员提供营养、健康、可口、种类多样的飞行膳食，是航天食品系统的永恒主题。因此，研发更接近地面家的感觉的预包装食品，一直是营养师和食品专家的努力方向。同时，随着为将来前哨基地作物种植准备研究的进展，研发将这些作物加工成可口食物的加工设备和工艺也在进行中，如NASA的商业合作伙伴布雷迪国际制造（Bready International，AB）正在研发适合在前哨基地使用的烤面包炉，爱荷华大豆促进董事会（Iowa Soybean Promotion Board）正在进行大豆食品新产品研发和大豆太空加工新工艺研究，3F公司还研发了一种精炼大豆和花生油的方法—免溶剂脱胶法，可以用在前哨基地制备食用油，供乘员烹饪和油炸太空作物如土豆等，以及制作面包、蛋糕。所有这些研究与努力，正在成就人类载人航天探索的漫漫征程，也为我们的地面生活带来回馈和福祉。

Research on the Progress of Foreign Aerospace Nutrition and Food