“浩渺太空里，人類的每一次嘗試都意義非凡。不論是種一粒種子，還是烤一塊餅干，都凝結了探索未知的巨大勇氣和膽識。——寫給4.12國際航天日”

        在第十個國際航天日到來之際，環(huán)視仍處在疫情陰影之下的世界，既感嘆人類命運多舛，又被勇于探索的太空精神所振奮。疫情讓人類前進的腳步暫停片刻，卻無法澆滅心中對遙遠未來的向往。

       與數(shù)十年太空探索緊密相伴的，除了基礎科學和前沿技術，還有飛速進化的太空食品。

       在普通人的眼中，太空食品就像那個裝載它的巨大船艙一樣充滿神秘感和科技感。太空食品的開發(fā)歷程，是另一部人類航天史。一盒盒罐頭，一袋袋速食包，其背后都是科技的一次次飛躍。

       太空食品有哪些不同于普通食品的特別之處？如何制作，在哪里制作它們？中國的太空食品處于怎樣的水平？研究太空食品，對于民用食品產(chǎn)業(yè)有何意義？

       接下來從5塊餅干講起。

       五塊曲奇餅干

       點燃人類對太空食物的無窮幻想

       SpaceX Dragon太空艙于今年1月7日降落在太平洋，除了來自國際空間站的近兩噸裝備，還有一批特殊的貨物——5塊巧克力曲奇餅干，由宇航員Christina Coch和Luca Parmitano使用特制的微重力烤箱在太空中烘焙而成，這是世界上首批在太空誕生的餅干。

       在太空環(huán)境中進行烘焙與地球上完全不同。在地球上，烤箱中的空氣被加熱上升，然后冷卻下降，從而不斷循環(huán)，均勻地散發(fā)熱量，這種對流與傳導對于烹制食物必不可少。但在太空中，被烘烤的食物在失重環(huán)境中會四處飄浮，熱空氣也不會上升，傳統(tǒng)烤箱將無法工作。

       為了解決這些問題，科學家們將烤箱的加熱元件排列在絕緣圓筒壁上，以確保曲奇能夠均勻受熱。他們使用經(jīng)過特殊設計的硅膠袋來使面團在烘烤時保持不動，讓蒸汽和熱空氣流出的同時也能防止諸如面包屑之類可能造成威脅的東西飄走。

       Nano Racks公司的項目開發(fā)團隊在位于美國德克薩斯州Webster的實驗室里展示為太空曲奇而設計的烤爐。

       除了氣流問題，潛在的火災風險也是巨大的挑戰(zhàn)。研究人員必須通過嚴格的安全測試以避免使機組人員陷入危險。為此，開發(fā)人員為烤箱設計了專門的通風和隔熱組件，使加熱得到很好地控制。

       “太空餅干”項目由希爾頓酒店旗下連鎖品牌商Double Tree、商業(yè)太空服務提供商Nano Racks與零重力廚房（Zero G Kitchen）合作開展。太空餅干的成功將在真正的太空環(huán)境中進行食品加工向前推動了一大步，讓嚴謹枯燥的太空之旅充滿樂趣，也為人類食品打開一扇充滿想象的未來之門。

       探秘太空食品

       太空食品針對宇航員在太空環(huán)境中的飲食需求，在食材選擇、營養(yǎng)設計、加工工藝、包裝等基本要求上，以及由政府主導，科學家領銜的開發(fā)模式上，都與普通食品截然不同。

       彈指六十年：太空食品開發(fā)簡史

       自1961年蘇聯(lián)宇航員加加林完成人類首次太空遨游以來，太空食品都是在地球上預制好的復合型食品。為了保證航天員在失重、輻照、生存空間狹窄或其他環(huán)境突變情況下身體機能的正常運轉，太空食品除了具有體積小、重量輕、易攜帶及食用簡單等特點外，還具有高營養(yǎng)密度和均衡全面的營養(yǎng)搭配。

       在載人航天的起步階段，也就是1960年代初期，宇航員們吃的是經(jīng)過高度改造的食物，通常被稱為“藥片餐”，“藥片”上涂有一層明膠，以減少食物的碎裂。

       到1960年代中期，食物的品種更加豐富——新加入了甜點如奶油糖果布丁，但是產(chǎn)品的設計思路和風味口感并沒有本質(zhì)變化。

       1960年代后期，在阿波羅飛行任務中，科學家開發(fā)出可復水食物。在1968年至1972年間，隨著載人航天飛行時間的延長和航天器性能的發(fā)展，食品科學家開始使用鋁罐存儲太空食品，開發(fā)出更加靈活的包裝，并發(fā)現(xiàn)了保持加工食品營養(yǎng)品質(zhì)和延長保質(zhì)期的方法。

       1970年代,食品科學家們能夠給第一個空間站提供72種不同的預制與可復水食品,宇航員能夠圍著桌子一起吃飯，使用傳統(tǒng)的餐具(刀、叉、勺和用來打開塑料容器和密封包裝的剪刀），這時候，太空餐才真正有了一絲“人間煙火”氣。

       上世紀八九十年代，太空食品家族中陸續(xù)引入預處理和單獨包裝食品，以及新鮮食品。宇航員的菜單空前豐盛，食物的味道也和地球上相差無幾。太空食品開始注重地域風味和航天員的口味偏好，很多調(diào)味品出現(xiàn)在菜單里，比如90年代進入太空艙的塔巴斯科辣醬，就成為美國宇航員“安撫心靈”的美味。

       進入21世紀，食品加工和包裝技術的發(fā)展，將管狀太空食品徹底趕出，取而代之的新一代太空食品包括了熱穩(wěn)定類、輻照類、凍干類、中含量水分類（如面包、果干、水果和漿果甜點）、即食類（餅干、糖、堅果）、各種飲料（不含碳酸和酒精）以及新鮮果蔬。

       中國航天事業(yè)雖起步較晚，但近年來加速向前，太空食品也不甘下風。2016年10月發(fā)射的“神州十一號”載人飛船，所攜帶的食品類型豐富，包括主食、副食、飲品、即食品及功能性食品等六個大類近百種食品。航天員甚至能在太空艙中吃到凍干冰淇淋。

       小廚房里的大工程：NASA如何開發(fā)太空食品？

       眾所周知，美國國家航空航天局（NASA）承擔了太空食品的開發(fā)重任。NASA的太空食品系統(tǒng)實驗室（SFSL），由測試廚房（包括備菜區(qū)和感官測試間）、食品加工實驗室、食品包裝實驗室和分析實驗室四個部分構成。

       在SFSL，研究團隊對食品進行理化與感官分析，設計菜單，研究在室溫條件下保持食品穩(wěn)定的食品加工技術，長期儲存技術；同時負責制造、測試各類太空食品包裝。SFSL目前研究8種食品加工技術，包括可復水技術、熱穩(wěn)定技術、輻射殺菌技術、部分脫水技術、自然形態(tài)食品、新鮮食品、冷藏技術和冷凍技術。大多數(shù)食物都經(jīng)過預加工，無需冷藏，開封即食，或可立即復水，或可立即再加熱。

       加工的太空食品必須確保其質(zhì)量和安全。新鮮的水果和蔬菜很少經(jīng)過加工——它們用200ppm的氯清洗消毒，風干，然后放在食品托盤上，準備好儲存在新鮮食品柜里。有些蔬菜，如胡蘿卜和芹菜，則用密封袋包裝。所有新鮮食物均需在任務的頭幾天內(nèi)吃完，因為它們很快就會變質(zhì)。

       NASA的科學家們使用某些特定加工技術穩(wěn)定食品貨架期。適度的熱處理可將保質(zhì)期延長至三年。輻照、降低食品的pH值和水分活度、冷凍干燥，以及除氧等氣調(diào)措施這些民用食品中常用的防腐手段，在太空食品實驗室中則被賦予更嚴苛的條件和更特殊的使命。所有太空食品必須具有至少9個月的保質(zhì)期。前往國際空間站的食品，保質(zhì)期至少一年，而擔負星際探索重任的食品則須具有五年以上的保質(zhì)期。

       為了減少污染，需要開發(fā)特殊的包裝材料。重量、形狀和廢料的回收處理都是重要的考量因素。目前，科學家們利用Mylar®、Aclar®和聚乙烯等材料制造柔性容器和包裝袋，而一些常規(guī)包材，如鋁箔袋和鋁罐，則成為必要的補充。

       除了食物本身，NASA研究團隊也一直在尋找改善宇航員進食體驗的方法。諸如在太空飛行中做飯、端飯和進食的方式，太空食品制備所需的硬件，都是他們的研究課題。

       在起飛前的8至9個月，宇航員們在SFSL的感官實驗室里對各種完成試制的食物進行品嘗打分，幫助實驗室設計太空菜單。在起飛前5個月，宇航員從兩百多種食品中選擇自己中意的菜單，NASA營養(yǎng)師分析每一份菜單的營養(yǎng)含量，結合宇航員的身體條件和口感偏好判斷營養(yǎng)評分，修改膳食計劃，最終完成菜單確定。

       一旦菜單獲得通過，它們就被交給航天設備公司進行加工、包裝和儲存。最終在發(fā)射前兩至三天，這些耗費食品科學家心血的太空食品就置于航天飛機中，靜待自己的太空之旅。

       “太空菜園”不是夢

       對于宇航員來說，來自地球家園的美味固然重要。但在一些情況下，能夠吃到貨真價實的太空自產(chǎn)食物，則具有更為重要的意義。遇到突發(fā)情況，或打算開發(fā)“星際生產(chǎn)力”的宇航員們，能否像《火星救援》里的宇航員Mark Watney那樣，僅靠火星紅土，就可以在自建的蔬菜大棚里種出馬鈴薯呢？

       對于火星種菜的奇想，NASA曾經(jīng)表示，火星上的土壤確實含有植物生長所需的部分營養(yǎng)。營養(yǎng)成分能否支撐植株生長，則取決于宇航員在火星上的降落位置，很可能需要向土壤中補充肥料。

       事實上，開發(fā)“太空菜園”早已成為NASA和其他研究機構的重要課題。有研究表明，一些必要的人體營養(yǎng)物質(zhì)，如鉀和維生素k，要么在加工和預包裝的太空食品中缺乏，要么在長期的任務期間會降解殆盡，就像維生素B1和C一樣。其中一些營養(yǎng)物質(zhì)可以通過新鮮的沙拉作物補充，并以天然的、全食物的形式提供抗氧化劑和植物素。而在太空中種菜，就是最直接的膳食補給辦法。

       2014年始，NASA研究小組在肯尼迪航天中心實驗室里，用表面滅菌的生菜種子開展太空生菜的種植研究。在與國際空間站相同的溫度、二氧化碳和濕度條件下，一顆顆生菜破土而出。

       與地球作物相比，太空生菜富含鉀、鈉、磷、硫和鋅等元素。還含有豐富的抗炎酚類物質(zhì)，花青素和抗氧化成分含量也與地球生菜基本相同。

       更重要的是，太空生菜上檢測到的細菌中沒有任何一種會導致人類疾病，其真菌和霉菌孢子含量均在正常范圍內(nèi)，從生物安全性上完全適合人類食用。

       不止是NASA，中國的飛船里也同樣進行著太空植物的探索。2016年，“天宮二號”搭載了水稻和擬南芥兩種植物進行長周期培養(yǎng)實驗。而在同一年發(fā)射的“神舟十一號”飛船上，進行了為期30天的生菜種植研究。

       盡管這些生菜暫時不會讓航天員食用，而是帶回地球進行各項檢測。但我們完全相信：中國航天員吃到太空蔬菜的日子已近在眼前！

       太空食品“下凡塵”

       為民用食品產(chǎn)業(yè)注入勃勃生機

       太空食品的研發(fā)需要大量尖端科技做支撐，雖然民間力量極少參與，但其中的關鍵技術在完成歷史使命后，往往成為推動民用食品產(chǎn)業(yè)發(fā)展的強大動力。像如今在食品行業(yè)被廣泛采用的真空凍干技術、蒸煮包裝技術，最早都是來自太空食品。而被譽為“創(chuàng)客革命”最主要動因的3D打印技術，則與太空食品有著一段不解之緣。

       脫胎于NASA項目，奧斯丁初創(chuàng)公司將3D打印做成一門好生意

       2013 年，NASA將小企業(yè)創(chuàng)新研究（SBIR）合同授予位于德克薩斯州奧斯汀市的一家初創(chuàng)企業(yè)——系統(tǒng)和材料研究公司（SMRC），旨在用創(chuàng)新技術提升太空食品的整體品質(zhì)。

       在太空環(huán)境下，如何更快更方便地制作食物呢？這家初創(chuàng)公司提出“用3D打印機為宇航員制作食物”的宏偉構想。他們設想將蛋白質(zhì)、淀粉等營養(yǎng)素材以干粉形式儲存，直接送入 3D 打印機，在打印噴頭中與油或水混合。微量營養(yǎng)素和調(diào)味品則會以液體或糊狀形式分裝，然后通過噴墨打印機添加。

       然而和大多數(shù)研究項目一樣，SMRC的方案當時只不過是一個尚未成形的、十分概念化的想法。

       在NASA的資助下，公司創(chuàng)始人Contractor和同事們成功開發(fā)出一套食物打印系統(tǒng)，能夠用營養(yǎng)素粉、食用油和其他液體打印出少量基本食物。

       在用于改進營養(yǎng)成分的SBIR 二期資金沒有及時到位的情況下，Contractor開始思考 3D 食品打印的其他應用。3D打印定制披薩？在食物上制作裱花和紋理？這些奇思妙想基本源于Contractor參與的NASA深空項目。利用這些知識和技術，他在家制造了一臺3D打印原型機。

       2016 年，Contractor成立了自己的公司 Bee Hex。并帶著這款原型機四處進行技術展示，將做出來的披薩售賣給路人。此事偶然被媒體報道，竟為Bee Hex帶來近 100 萬美元的種子基金。于是，Bee Hex開始嘗試其他的商業(yè)模式，比如開發(fā)獨立式打印機，面包店可以用這種打印機設計個性化甜品。該公司正與美國陸軍合作研究一款體能恢復棒打印機。機器能夠根據(jù)每個人的獨特需求，如遺傳信息、新陳代謝特征和血液標記物等，量身定制私人營養(yǎng)棒。

       Contractor相信：3D 打印設備真正的革命性進展將出現(xiàn)在太空中，除了食品，還可以打印新藥物或人體組織器官，讓宇航員在太空生活中徹底無憂。

       從太空糧到超級谷物，一粒麥子的傳奇經(jīng)歷 如果人類去火星只能帶一種食物，那一定是——“藜麥”。

       藜麥，被譽為地表最強的全能植物，在南美洲的安第斯高原已經(jīng)存在了3千年（也有說7千年）。幾個世紀前，因為西班牙人的殖民統(tǒng)治而被禁止食用，“降級”成為小品種的雜糧。

       這幾年，藜麥似乎一夜間風行全球。翻開藜麥的興衰史，我們驚訝地發(fā)現(xiàn)：讓它重現(xiàn)天日的，居然是NASA。

       上世紀80年代，在美蘇太空競賽的大背景下，NASA啟動了火星探索計劃，旨在為殖民火星尋找一種合適的糧食作物。

       在研究眾多糧食作物后，NASA發(fā)現(xiàn)藜麥具有極高且全面的營養(yǎng)價值，在植物和動物王國里幾乎無與匹敵。況且藜麥生長速度快，種仁生產(chǎn)良好，使得它成為太空活動的理想食品。

       在藜麥被選為美國航天員專用食品后，藜麥漸漸走入大眾視野。之后，美國政府把藜麥引種到美國，很快成為那些追求健康生活的時尚人士的新寵。據(jù)說，美國天后碧昂絲曾經(jīng)靠吃藜麥成功減重50斤，藜麥以迅雷不及掩耳之勢迅速躥紅社交網(wǎng)絡，取代牛油果的**之位，成為食品界最名副其實的“超級網(wǎng)紅”。

       在歐美流行風的影響下，聯(lián)合國將2013年宣布為“國際藜麥年”，正式推薦藜麥為最適宜人類的**的全營養(yǎng)食品。 科學背書、高端氣質(zhì)、全民焦點……能夠進入太空食譜的食材，具備了成為流行食品的基本元素。藜麥的“重生”經(jīng)歷不禁讓我們疑惑：網(wǎng)紅食品到底誰說了算，是大眾，還是研究太空食品的科學家？

       國民品牌的太空情懷

       盡管當前疫情形勢仍然嚴峻，但中國正在堅定不移地實施“2020空間探索計劃”。這一計劃最重要的項目之一是在2023年建成**性空間站。中國航天事業(yè)的高速發(fā)展彰顯出東方大國的實力和夢想，也讓越來越多的食品企業(yè)情系航天，一個個國民品牌紛紛與“中國航天”建立合作關系，打造品牌助力民族夢的公益形象。

       2012年，李錦記開始為“神舟九號”航天員研發(fā)太空醬料，由此拉開與中國航天合作的序幕。期間通過眾多航天食品研究專家與研究機構的嚴苛審查與檢測，最終有五款醬料被選入航天員食譜，這也是中國醬料首次進入太空。

       2013年，時值“神十”發(fā)射周期，李錦記的太空醬料由“神九”時的“五虎上醬”升級為“六大風味”。2016年，李錦記參與模擬太空艙試驗等航天活動，為志愿者提供航天微波食譜及醬料，并合作研發(fā)3D太空食品打印機。“神舟十一號”發(fā)射時，就攜帶李錦記的六款醬料一同飛天。

       李錦記對于中國航天事業(yè)的熱忱與投入，激發(fā)起更多民族品牌的響應。

       2019年8月，康師傅攜手深圳綠航星際太空科技研究院共建 “航天方便食品聯(lián)合實驗室”，深度研發(fā)航天方便食品。

       此外，蒙牛、甄養(yǎng)、長壽花、洋河股份等企業(yè)通過提供物質(zhì)、資金上的資助，舉辦太空主題公益活動等形式助力航天事業(yè)，讓中國航天激發(fā)出的民族自豪感轉化為對民族品牌的支持，帶動整個食品產(chǎn)業(yè)的騰飛。

       總結

       隨著載人航天駐留時間不斷延長，人類探索太空的目標也不斷向深空延展。

       如何全面提高宇航員的免疫力，降低太空輻射、長期失重造成的機體損傷？如何種出能夠耐受缺光少氧的全天候型太空糧食和果蔬？如何將當前民用食品包裝領域的熱點，如納米復合包裝、氣味吸收包裝、液晶聚合物包裝等應用于太空食品，全面提升食品品質(zhì)？這些都是太空食品未來需要攻克的難題。而在研發(fā)過程中，民間食品力量的積極參與，則將推動整個行業(yè)的技術創(chuàng)新能力。

       太空探索，是對人類體力、智力和想象力的綜合考驗。食品科技將成為影響太空事業(yè)前行步伐的關鍵一環(huán)。

       2020，疫情將改變這個世界。人們在思考今后的生活，企業(yè)在思考未來的生意，而終有那么一群人，在思考人類的未來。你，愿意加入嗎？