Food fermentation in space: Opportunities and challenges
太空食品发酵：机遇与挑战
Maggie Coblentz Maggie Coblentz 通讯作者 mcoblent@media.mit.edu 脚注 10 这些作者贡献相同 单位 Space Exploration Initiative, MIT Media Lab, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, USA 查找该作者的文章 1,10 mcoblent@media.mit.edu ∙ Joshua D. Evans Joshua D. Evans 0000-0001-8600-7016 通讯作者 joshuae@dtu.dk 脚注 10 这些作者贡献相同 11 主要联系人 单位 Sustainable Food Innovation, The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability, Technical University of Denmark, Kgs. Lyngby, Denmark School of Geography and the Environment, University of Oxford, Oxford, UK 查找该作者的文章 2,3,10,11 joshuae@dtu.dk ∙ Caroline Isabel Kothe Caroline Isabel Kothe 单位 Sustainable Food Innovation, The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability, Technical University of Denmark, Kgs. Lyngby, Denmark 查找该作者的文章 2 ∙ … ∙ Tiffany Mak Tiffany Mak 单位 Microbial Foods, The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability, Technical University of Denmark, Kgs. Lyngby, Denmark 查找该作者的文章 4 ∙ Nabila Rodríguez Valerón Nabila Rodríguez Valerón 单位 Sustainable Food Innovation, The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability, Technical University of Denmark, Kgs. Lyngby, Denmark Basque Culinary Center, Facultad de Ciencias Gastronómicas, Mondragon Unibertsitatea, Donostia / San Sebastián, Gipuzkoa, Spain 查找该作者的文章 2,5 ∙ Patrick Chwalek Patrick Chwalek 单位 Responsive Environments, MIT Media Lab, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, USA 查找该作者的文章 6 ∙ Kim Wejendorp Kim Wejendorp 单位 Sustainable Food Innovation, The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability, Technical University of Denmark, Kgs. Lyngby, Denmark 查找该作者的文章 2 ∙ Shilpa Garg Shilpa Garg 单位 Sustainable Genomics Solutions, The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability, Technical University of Denmark, Kgs. Lyngby, Denmark 查找该作者的文章 7 ∙ Louisa Pless Louisa Pless 单位 Center for Evolutionary Hologenomics, GLOBE Institute, University of Copenhagen, Copenhagen, Denmark 查找该作者的文章 8 ∙ Sarah Mak Sarah Mak 单位 Center for Evolutionary Hologenomics, GLOBE Institute, University of Copenhagen, Copenhagen, Denmark 查找该作者的文章 8 ∙ Pia M. Sörensen Pia M. Sörensen 单位 Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University, Cambridge, MA, USA 查找该作者的文章 9 ∙ Leonie Johanna Jahn Leonie Johanna Jahn 单位 Microbial Foods, The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability, Technical University of Denmark, Kgs. Lyngby, Denmark 查找该作者的文章 4 ∙ Ariel Ekblaw Ariel Ekblaw 单位 Space Exploration Initiative, MIT Media Lab, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, USA 查找该作者的文章 1 … 显示更多 显示更少 单位 & 备注文章信息 1Space Exploration Initiative, MIT Media Lab, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, USA 2Sustainable Food Innovation, The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability, Technical University of Denmark, Kgs. Lyngby, Denmark 3School of Geography and the Environment, University of Oxford, Oxford, UK 4Microbial Foods, The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability, Technical University of Denmark, Kgs. Lyngby, Denmark 5Basque Culinary Center, Facultad de Ciencias Gastronómicas, Mondragon Unibertsitatea, Donostia / San Sebastián, Gipuzkoa, Spain 6Responsive Environments, MIT Media Lab, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, USA 7Sustainable Genomics Solutions, The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability, Technical University of Denmark, Kgs. Lyngby, Denmark 8Center for Evolutionary Hologenomics, GLOBE Institute, University of Copenhagen, Copenhagen, Denmark 9Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University, Cambridge, MA, USA 10 这些作者贡献相同 11 主要联系人 发表历史: 收到日期 2024年6月27日; 修订日期 2024年9月13日; 接受日期 2025年3月5日; 在线发布日期 2025年4月2日 DOI: 10.1016/j.isci.2025.112189也可在 ScienceDirect上查看 版权: © 2025 The Authors. Published by Elsevier Inc. 用户许可: Creative Commons Attribution (CC BY 4.0) | Elsevier's open access license policy 下载 PDF下载 PDF
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亮点
- 我们在国际空间站上发酵了一种味噌
- 在太空进行发酵是可能的，并且安全、成功
- 太空环境也以不同的方式塑造发酵：一种“太空风土”
- 我们为进一步开展发酵和太空的交叉学科研究奠定了基础
概要
太空探索正在扩展，这需要新的技术并开启了新的科学问题。食品作为学科之间的桥梁，可以将这些基础和应用目标结合起来。在这里，我们研究了在太空中进行食品发酵是否可行，如果可行，它与地球上的发酵相比如何。我们在国际空间站上发酵了一种味噌（一种传统的日本调味品），历时 30 天，并将其与两个地球对照组进行了比较。基于环境元数据、鸟枪法宏基因组学、全基因组测序、非靶向代谢组学、比色法和感官分析，我们发现总体而言，太空味噌可以被识别为味噌，表明在太空进行发酵是可能的。我们还在太空味噌中发现了一些关键的微生物学和感官差异，这表明太空环境具有独特的特征。这些发现可以被利用来为长期太空任务创造更美味、更有营养的食物，并引发科学、健康、技术和社会领域更多的研究问题。
图文摘要
主题领域
导言
背景
国际空间站 (ISS) 是一个实验室和临时住所，驻扎着由六名国际宇航员组成的轮换乘员组，他们开展研究以供未来太空探索使用。 它以大约 400 公里的高度绕地球运行，穿过所谓的近地轨道 (LEO)。 由于微重力1等自然发生的因素，它为回答基础和应用问题提供了一个独特的环境，
- Nickerson, C.A. ∙ Ott, C.M. ∙ Wilson, J.W. ... Microbial Responses to Microgravity and Other Low-Shear Environments Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2004; 68 :345-361 Crossref Scopus (0) PubMed Google Scholar 和增加的辐射暴露2
- Cucinotta, F.A. Radiation Risk Acceptability and Limitations NASA, 2010 https://three.jsc.nasa.gov/articles/AstronautRadLimitsFC.pdf Google Scholar 以及社会技术因素，包括有限的供应链、隔离以及在文化差异中形成和重塑强大团队的必要性。 食品设计和供应是维持国际空间站生命的关键挑战之一，并将这些基础和应用问题结合在一起。
太空探索的社会技术复杂性对食品设计提出了重大限制。 安全性、营养功效、重量、保质期和成本是主要考虑因素。 整个部门都致力于太空食品的设计和生产：例如，NASA 的高级食品技术项目致力于为前往火星等长期任务提供食物。3 3. Cooper, M. ∙ Douglas, G. ∙ Perchonok, M. Developing the NASA Food System for Long-Duration Missions J. Food Sci. 2011; 76 :40-48 Crossref Scopus (110) PubMed Google Scholar 目前在国际空间站中，高度工程化的食品大多是冷冻干燥的，并用回收的可饮用级水复原。4 4. Maryatt, B.W. Lessons Learned for the International Space Station Potable Water Dispenser Anderson, G. ∙ Nalette, T. 48th International Conference on Environmental Systems Texas Tech University Libraries, 2018; 1-11 Google Scholar 对于供应链有限的偏远空间站来说，食品和包装废弃物是一个很大的问题。5 5. Evans, R. Space food packaging: A review of its past, present and future materials and technologies Packag. Technol. Sci. 2023; 36 :617-627 Crossref Scopus (3) Google Scholar 除了这些保存的食物外，可食用植物正在国际空间站中用一种名为 Veggie 的蔬菜生产系统种植。6 6. Massa, G.D. ∙ Wheeler, R.M. ∙ Morrow, R.C. ... Growth chambers on the International Space Station for large plants Acta Hortic. 2016; 1134 :215-222 Crossref Scopus (66) Google Scholar 2015 年，“Outredgeous red”罗曼生菜成为国际空间站种植的第一种新鲜食物，并进入了太空菜单。7 7. Herridge, L. Meals Ready to Eat: Expedition 44 Crew Members Sample Leafy Greens Grown on Space Station NASA, 2015 https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/news/meals_ready_to_eat Google Scholar 然而，植物生长时间和宇航员的劳动使这些实验消耗大量资源。8 8. Poulet, L. ∙ Zeidler, C. ∙ Bunchek, J. ... Crew time in a space greenhouse using data from analog missions and Veggie Life Sci. Space Res. 2021; 31 :101-112 Crossref Scopus (10) Google Scholar 在零重力环境下食用和准备食物的其他技术挑战包括食物“飞走”（当食物从食用者身边飘走时）和有限的烹饪设备。 进一步的社会技术挑战是提供足够广泛的食物，以适应国际空间站在特定时间容纳的六名国际宇航员的饮食和文化需求。
太空探索的复杂性也对研究太空中的食物提出了挑战。 由于安全、储存和运输要求，将生物材料送入太空进行科学实验成本高昂且在后勤方面具有挑战性。 研究太空中的新鲜食物样本非常困难，因为安全法规限制了对人类受试者（即通过食用）的测试； 大多数食物需要先在地球上进行测试。 关于太空食物的感官知觉数据也很少，因为历史上太空机构并未优先考虑该主题。 宇航员自己报告说，在太空中他们的味觉和嗅觉会下降，而且他们更喜欢咸味、辛辣味和鲜味丰富的食物。9 9. Coblentz, M. Space Food and Sensory Experiences Astronaut Workshop. Preprint at Space Exploration Initiative MIT Media Lab, 2019 Google Scholar ,10 10. Taylor, A.J. ∙ Beauchamp, J.D. ∙ Briand, L. ... Factors affecting flavor perception in space: Does the spacecraft environment influence food intake by astronauts? Compr. Rev. Food Sci. Food Saf. 2020; 19 :3439-3475 Crossref Scopus (41) PubMed Google Scholar 发酵可以帮助解决太空食品设计的这些技术、营养和感官挑战。 发酵食品是“通过所需的微生物生长和食物成分的酶促转化制成的食物”。11 11. Marco, M.L. ∙ Sanders, M.E. ∙ Gänzle, M. ... The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics (ISAPP) consensus statement on fermented foods Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 2021; 18 :196-208 Crossref Scopus (481) PubMed Google Scholar 近几十年来，世界许多地方对发酵传统重新产生了兴趣。12 12. Katz, S.E. The Art of Fermentation: An In-Depth Exploration of Essential Concepts and Processes from Around the World Chelsea Green Publishing, 2012 [Google Scholar](https://www.cell.com/iscience/fulltext/<https:/scholar.