NASA 的阿尔忒弥斯计划是一次令人瞩目的重返月球之旅，它可能会重新定义未来人类在太空和地球上的饮食方式。目前已有七项以植物为重点的实验获批，旨在了解在太空中成功种植植物的不同需求。除了太空农业，3D 打印食品、包装以及微生物组的新型应用等创新成果，也可能对地球上的食品产生重大影响。太空食品的设计挑战（如保质期、闭环循环、营养和无法烹饪等问题）可以帮助改善地球严苛环境下的营养获取途径。
太空食品需要满足什么条件？
虽然地球上的我们大多关注饮食的多样性和营养，但 太空食品系统 的几个 关键标准 包括：
1. 食品安全：通过先进的 植物生长闭环生态系统
防止食品变质，并实现废物处理与循环利用。2. 可靠性：能够承受太空中的恶劣条件，具有较长的保质期，且占用空间极小。3. 营养密度与愉悦感（口感好、种类丰富、易于制备等）。
太空面临的独特挑战
在太空中种植植物面临诸多挑战，因为这是一个没有重力、没有直射阳光、空间有限且供水受限的封闭生态系统。重力的缺失意味着烹饪变得困难，且必须尽量减少航天器资源的消耗（质量、电力、机组人员时间、水和废物处理）。由于营养成分的流失以及所需数量巨大，预包装食品并不总是可行的。未来，深空探测将需要数年的航行，且食物和水供应有限，无法进行补给。
出版物与专利趋势
几十年来，NASA 和其他机构一直在持续发布关于太空食品的出版物和专利。利用 CAS Content Collection™，我们研究了 2000 年至 2022 年间与太空食品和生命系统相关的全球科学出版物。研究格局表明，大型太空项目发布的消息会推动全球范围内相关出版物和专利的增加。例如，国际空间站自 1993 年宣布以来，一直在进行大规模的投入。自那时起，出版物和专利的增长与此后进行的 2500 多项实验高度相关。同样，在 2011 年 NASA 宣布商业载人航天计划后，以及 2017 年阿尔忒弥斯计划宣布后，相关研究均呈现出明显的增长趋势（图 1）。
新解决方案：3D 打印太空食品
来自外太空的披萨？请原谅这个双关语，但在国际空间站上 3D 打印 食品的新进展，可能会对我们地球上一些最大的食品挑战产生巨大影响。3D 打印机现在可以通过添加特定成分来制作 不同的设计和定制化饮食。如今，3D 打印机的“墨水”可以由脱水肉类、蔬菜和乳粉组成，并强化了相关的微量营养素。一些最常见的可打印食用墨水包括土豆泥、巧克力、面团、奶酪、奶油、蛋糕糖霜和水果。
这项技术对于延长太空食品的保质期至关重要。它使食品原料能够保持无菌并以原材料形式储存。此外，这还最大限度地减少了机载存储空间。
利用微生物生产营养物质
研究人员正在研究不同类型的细菌，以将空气成分或人体废物转化为营养物质。例如，被称为氢营养菌（通过代谢氢气获取能量的单细胞微生物）的细菌，可以通过发酵过程将宇航员 呼出的二氧化碳转化为蛋白质。其他研究人员发现，解脂耶氏酵母（面包酵母的近亲）可以通过摄取人类尿液来制造脂质甚至塑料，这为将自然废物转化为人类健康必需的营养物质提供了可能。
预包装食品
尽管脱水或冷冻食品至关重要，但 NASA 正在探索新兴的食品保鲜技术以寻求新方案。例如，压力辅助热灭菌和微波灭菌技术能确保预包装食品具备更高的初始品质和营养价值。研究人员还在开发更优质的包装，旨在将食品保质期延长至 5 年。
闭环系统与太空农业
获取充足且持续营养来源的最佳方案是依靠飞船上的农业生产。太空农场的存在将有助于构建可持续环境，因为植物可用于循环利用废水、产生氧气、净化空气，甚至循环处理排泄物。目前，飞船上已有一个名为“Veggie”的太空菜园。它可容纳六株植物，并已成功种植出生菜、大白菜、水菜、红俄罗斯羽衣甘蓝和百日草。过去四十年来在太空中种植的植物清单可点击此处查看。
太空食品的现实意义
太空食品领域的研究促进了人类与地球之间更良性、更可持续的关系。闭环温室和垂直农业因其对水资源和土地需求较低，可应用于干旱、极地、偏远或人口稠密地区。利用空气成分生产肉类可以减少畜牧业需求，并大幅降低土地和水资源消耗。一种为太空食品研发的增强型空气净化器，目前已被用于食品保鲜和手术室环境。
3D 食品打印技术有望缓解地球上的粮食短缺问题。3D 打印机制作食品的速度和洁净度远超厨师，同时还能定制营养价值和口感。可食用墨水的使用，也拓宽了非传统食品原料的来源。
所有这些技术通过缩短与消费者的距离，减少了运输量、包装、分销及其他成本，从而降低了生态足迹。因此，持续开展太空探索研究的益处延伸到了地球环境及其居民，为维护和保护陆地生态系统提供了思路。
