科普| 微重力環(huán)境下烤肉是否更香？——來自“天宮”的美味探索

2025年11月初，一則來自中國(guó)空間站的喜訊牽動(dòng)了無數(shù)人的味蕾：神舟二十一號(hào)和二十號(hào)航天員乘組成功啟用了中國(guó)空間站首臺(tái)熱風(fēng)烘烤機(jī)，首次在太空中制作了烤雞翅和烤牛排（圖1）[1]。這不僅標(biāo)志著航天員的伙食保障邁上了一個(gè)新臺(tái)階，也引發(fā)了一個(gè)有趣的科學(xué)疑問：在微重力環(huán)境下，烤肉的味道和香氣是否會(huì)比在地球上更勝一籌？要回答這個(gè)問題，我們必須從烤肉的科學(xué)本質(zhì)、微重力下的物理挑戰(zhàn)以及航天員的生理變化三個(gè)維度進(jìn)行深入探討。

圖1. 空間站烤翅

01

美味的化學(xué)本質(zhì)：美拉德反應(yīng)

烤肉之所以香氣四溢、焦脆誘人，其核心在于一種被稱為美拉德反應(yīng)（Maillard Reaction）的復(fù)雜化學(xué)過程[2,3]。美拉德反應(yīng)是食物中的還原糖（如葡萄糖）與氨基酸或蛋白質(zhì)在高溫下發(fā)生的一系列非酶促褐變反應(yīng)（表1）。正是這個(gè)反應(yīng)，生成了數(shù)以百計(jì)的不同風(fēng)味分子，賦予了烤肉、面包、咖啡等食物獨(dú)特的色澤和焦香。

表1. 美味產(chǎn)生的化學(xué)本質(zhì)與重力關(guān)系

反應(yīng)類型

發(fā)生條件

產(chǎn)物

與重力關(guān)系

美拉德反應(yīng)

高溫（140 °C以上）、還原糖、氨基酸

焦香風(fēng)味物質(zhì)、褐色色素

無直接關(guān)系

熱對(duì)流

溫度差、重力（自然對(duì)流）

均勻熱量傳遞

有直接關(guān)系

美拉德反應(yīng)（圖2）是一個(gè)純粹的化學(xué)過程，它的發(fā)生只取決于溫度、時(shí)間和反應(yīng)物濃度，與重力環(huán)境沒有直接關(guān)系。因此，從化學(xué)本質(zhì)上講，在太空中烤肉所產(chǎn)生的風(fēng)味物質(zhì)與在地球上是相同的。微重力本身并不會(huì)讓烤肉的“化學(xué)本質(zhì)”更香。

圖2.美拉德反應(yīng)

02

太空烹飪的物理挑戰(zhàn)與“太空爐子”

然而，烤肉的美味不僅依賴于化學(xué)反應(yīng)，還依賴于熱量的均勻傳遞。在地球上，烤箱主要依靠熱對(duì)流（Convection，圖3）來加熱食物[4]。重力使得被加熱的空氣密度變小而上升，冷空氣密度變大而下降，形成自然對(duì)流循環(huán)，從而均勻地烘烤食物。

圖3. 熱對(duì)流過程示意圖

在微重力環(huán)境下，這種由浮力驅(qū)動(dòng)的自然對(duì)流現(xiàn)象完全消失。如果沒有外部干預(yù)，熱空氣會(huì)停留在食物表面，導(dǎo)致熱量傳遞效率極低，食物可能出現(xiàn)“表面焦糊，內(nèi)部不熟”的極端情況。中國(guó)空間站的航天員能夠成功烤制雞翅和牛排，得益于“太空廚房”中的關(guān)鍵設(shè)備——熱風(fēng)烘烤機(jī)。這個(gè)“太空爐子”巧妙地解決了微重力下的熱對(duì)流問題。它采用強(qiáng)制對(duì)流（Forced Convection，圖4）技術(shù)，通過內(nèi)置的風(fēng)扇等機(jī)械裝置，強(qiáng)制推動(dòng)艙內(nèi)空氣循環(huán)[5]，將熱量均勻地吹向食物表面。這種技術(shù)有效地模擬了地面烤箱的均勻加熱效果，確保了美拉德反應(yīng)能夠順利、均勻地發(fā)生，從而保障了烤肉的口感和風(fēng)味。

圖4. 強(qiáng)制對(duì)流過程

03

香氣的秘密：氣味物理學(xué)與感官變化

化學(xué)本質(zhì)不變，但微重力環(huán)境對(duì)氣味傳播和航天員感官的綜合影響，可能會(huì)導(dǎo)致聞起來“更香”。

1.氣味傳播的物理學(xué)變化

在地面上，烤肉的香氣分子會(huì)隨著熱空氣的對(duì)流迅速擴(kuò)散到整個(gè)房間。但在微重力環(huán)境下，缺乏對(duì)流，氣味分子主要依靠緩慢的分子擴(kuò)散來傳播[6]。這意味著，烤肉產(chǎn)生的香氣分子不會(huì)像在地面上那樣迅速散開，而是會(huì)在食物周圍形成一個(gè)局部高濃度的“香氣團(tuán)” （圖5）。當(dāng)航天員靠近食物時(shí)，他們會(huì)直接置身于這個(gè)高濃度的香氣團(tuán)中，嗅覺感受到的刺激強(qiáng)度會(huì)遠(yuǎn)高于在地面上。這種局部香氣濃度的急劇升高，很可能讓航天員主觀上產(chǎn)生“烤肉更香”的錯(cuò)覺或更強(qiáng)烈的嗅覺體驗(yàn)。

圖5. 局部高濃度“香氣團(tuán)”

2.航天員的生理變化

另一個(gè)重要的因素是航天員自身的生理變化。在微重力環(huán)境下，人體體液會(huì)向上半身轉(zhuǎn)移（圖6），導(dǎo)致航天員出現(xiàn) “ 頭脹 ” 現(xiàn)象，類似于地面上的感冒或鼻塞。這種體液分布的改變會(huì)導(dǎo)致鼻腔黏膜充血，進(jìn)而影響航天員的嗅覺和味覺敏感度。由于嗅覺和味覺的減弱，航天員往往需要更濃郁、更重口味的食物來刺激食欲?？救庾鳛橐环N風(fēng)味濃郁的食物，其強(qiáng)烈的焦香和豐富的調(diào)味恰好滿足了這種 “ 補(bǔ)償機(jī)制 ” 的需求。

圖6. 太空”出差“的身體響應(yīng)

04

結(jié)語：科學(xué)與關(guān)懷的交織

綜上所述，微重力環(huán)境本身并不會(huì)改變烤肉的化學(xué)本質(zhì)，美拉德反應(yīng)在太空和地面上是相同的，但物理機(jī)制（氣味分子局部高濃度）和生理機(jī)制（嗅覺減弱后的補(bǔ)償需求）共同作用，可能出現(xiàn)“更香”的感覺。中國(guó)空間站成功實(shí)現(xiàn)太空燒烤，不僅是航天工程和食品科學(xué)的重大技術(shù)突破，更是對(duì)航天員心理健康的深切關(guān)懷。在長(zhǎng)期封閉的太空環(huán)境中，一頓熱氣騰騰、香氣撲鼻的烤肉大餐，帶來的不僅僅是營(yíng)養(yǎng)，更是對(duì)家鄉(xiāng)味道的慰藉和對(duì)高壓工作的放松，其價(jià)值遠(yuǎn)超食物本身。

參考文獻(xiàn)

[1] 世界首創(chuàng)“太空爐子”內(nèi)藏“大乾坤”做蛋糕、烤肉排……太空大餐香噴噴. https://news.cctv.com/2025/11/04/ARTIXpPPjZHiCSIxawpR6DR1251104.shtml

[2] 展續(xù)敏, 陳區(qū)妹, 陳復(fù)生, 等. 食品中蛋白質(zhì)共價(jià)交聯(lián)類型、機(jī)理及應(yīng)用研究進(jìn)展. 食品與發(fā)酵工業(yè), 2025, https://doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.043343.

[3] 趙新明, 張銘, 楊冰潔. 消費(fèi)新場(chǎng)景新業(yè)態(tài)激活城市美拉德反應(yīng)[N]. 深圳特區(qū)報(bào), 2025-10-27(A05).

[4] 李海龍, 汪春節(jié), 陳丹慧, 等. 烤箱不同傳熱機(jī)制食物適配性研究. 家電科技, 2022, (S1): 35-40.

[5] 許亞敏. 基于非穩(wěn)態(tài)法的對(duì)流傳熱綜合實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2025, 44(04): 28-31.

[6] Novoselov, A. G., Chebotar, A. V., Sorokin, S. A., Duzhiy, A. B., & Arendatelev, I. G. Oxygen diffusion in water. estimation of the coefficients of molecular diffusion. AIP Publishing LLC: In AIP Conference Proceedings, 2022, 2486, 020016.

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