Die Ernährung war in jeder Ära der Erforschung der Erde von entscheidender Bedeutung – von der Zeit, als Seeleute unter Skorbut litten, bis zum letzten Jahrhundert, als Polarforscher an Unterernährung oder in einigen Fällen an Nährstoffvergiftung starben. Neue Forschungsergebnisse beleuchten die Risiken unzureichender Ernährung und Nahrungsmittelversorgung, die zu schlechter Gesundheit und Leistungsfähigkeit der Astronauten während der Missionen sowie zu einer schlechten langfristigen Gesundheit führen (ernährungs- und nahrungsmittelbedingte Risiken).
Studien zur Kalziumkinetik im Nutritional Biochemistry Laboratory des Johnson Space Center der NASA. NASA
Das Weltraumnahrungssystem muss die Besatzung mit sicheren, nahrhaften und akzeptablen Lebensmitteln versorgen, um Gesundheit und Leistungsfähigkeit der Besatzung während des Raumflugs zu erhalten. Es gibt Standards und Kontrollmechanismen für die Lebensmittelsicherheit während des Raumflugs. Ausreichende Ernährung und Lebensmittelsicherheit wurden in sechsmonatigen und begrenzten einjährigen Missionen nachgewiesen. Die Schaffung und Aufrechterhaltung akzeptabler, nahrhafter und sicherer Lebensmittelsysteme unter Langzeit-Raumflugbedingungen mit begrenzten Nachschubmöglichkeiten ist eine Herausforderung und hängt von Faktoren wie der Dauer der Isolation von der Erde, der Menüentwicklung, der Eignung für Mikrogravitationsbedingungen, der Schmackhaftigkeit, der Verpackung und der Lagerung ab, so der NASA-Pressedienst.
Die Bordingenieurin der NASA-Expedition 36, Karen Nyberg, hält während einer Mahlzeit im Modul Node 1 ein Stück Essen vor sich. NASA
Wenn Astronauten zu Langzeitmissionen ins All aufbrechen, müssen sie ihre Nahrung selbst anbauen, da Fertiggerichte von der Erde mit der Zeit ihren Nährwert verlieren. Das BioNutrients-Projekt der Abteilung für Weltraumbiowissenschaften des Ames Research Centers hat sich diesem Problem angenommen. Mithilfe der Gentechnik werden mikrobielle Nahrungsmittel hergestellt, die mit minimalem Ressourceneinsatz Nährstoffe und Verbindungen wie beispielsweise Medikamente produzieren können.
Bei dem Verfahren werden getrocknete Mikroben und Nährmedien in kleinen Bioreaktoren gelagert, die nach Jahren rehydriert und gezüchtet werden können. Laut NASA-Pressedienst wurden im Rahmen des Projekts bereits Carotinoide als Antioxidantien, Follistatin zur Bekämpfung von Muskelschwund sowie Joghurt und Kefir für ein gesundes Darmbiom produziert. Zum Wissenschaftlerteam gehören: Ball, N. Sharif, S. Downing, S. Gresser, A. Hami, R. Oscar, R. Hindupur, A. Hiromi, K. Kostakis, A. Levry, J. Murikami, M. Settles, A. M. Sims, K. Villanueva und A. Wu.
iss068e036727 (3. Januar 2023) – Die NASA-Astronautin und Flugingenieurin der Expedition 68, Nicole Mann, arbeitet im Harmony-Modul der Internationalen Raumstation an der BioNutrients-2-Studie, bei der genetisch veränderte Mikroben verwendet werden, um Nährstoffe und möglicherweise andere Verbindungen und Arzneimittel nach Bedarf im Weltraum bereitzustellen. NASA
Zwei verschiedene Arten modifizierter Bäckerhefe wurden in BioNutrients-1 (BN-1) Gen-0-Bioreaktoren kultiviert und produzierten Beta-Carotin und Zeaxanthin. Ihre Haltbarkeit bei Raumtemperatur auf der Internationalen Raumstation (ISS) beträgt derzeit 3,9 Jahre. Vier weitere Arten von Organismen und Produkten wurden in BioNutrients-2 (BN-2) gestartet, was die Produktion von Carotinoiden, Follistatin, Joghurt und Kefir in Gen-1-Bioreaktoren demonstrierte, die eine um 91 % reduzierte Masse und ein flaches Design aufweisen. Die hefebasierten Produkte werden bei Lagerung unter Umgebungsbedingungen voraussichtlich fünf Jahre haltbar sein. Joghurt- und Kefirstudien sind derzeit im Gange.
Die Erfolge von BN-1 und BN-2 ebnen den Weg für weitere Bioproduktionsprozesse, die die sichere Aufnahme essentieller Nährstoffe und Verbindungen während Langzeit-Weltraummissionen gewährleisten.
Ein Astronaut mischt Hefekulturen in Gen-0-Bioreaktoren, die im Bionutrients-1-Experiment auf der ISS verwendet werden. Nach dem erfolgreichen ersten Start wurde ein kompakterer, flacher Behälter für Gen-1-Bioreaktoren entwickelt. NASA
Das BioNutrients-3-Kefir-Kultivierungsexperiment wurde während einer Mondanalog-Mission abgeschlossen. Vom 4. bis 9. März 2024 leitete Katie Fisher, Wissenschaftlerin am Ames Center der NASA, das sechstägige Mondanalog-Experiment auf der Hawaiian Space Exploration Site (HI-SEAS) auf dem Vulkan Mauna Loa auf Big Island. Während der Mission arbeitete sie mit dem Synthetic Biology BioNutrients-Team zusammen und testete Methoden zur kontinuierlichen Passagierung und Züchtung von BioNutrients-3-Kefirkulturen.
Für das Team aus fünf internationalen Analog-Astronauten war die Mission eine wertvolle Lernerfahrung. Sie arbeiteten zusammen, überwanden Kommunikationsprobleme und Stromausfälle und führten gleichzeitig Experimente durch, erstellten Berichte und führten medizinische Untersuchungen durch.
Die Analog-Astronauten Katie Fisher und Tugcag Dumlupinar aus der Türkei führen die Hydratisierungs- und Passagephase von Kefirkulturen in einem Beutel durch. Oben rechts: Vorinkubation. Unten rechts: 24 Stunden nach der Inkubation. Fotos mit freundlicher Genehmigung von Katie Fisher. NASA
Mit dem erfolgreichen Abschluss des Kefir-Passivierungsexperiments demonstrierte das Team die Machbarkeit der täglichen Produktion frischer Kefirkulturen, die zukünftige Astronauten mit wertvollen probiotischen Kulturen und Nährstoffen versorgen werden. Insgesamt war das Experiment einfach durchzuführen und erforderte nur minimalen Ressourcen- und Zeitaufwand. Ein pH-Indikator und eine Farbskala ermöglichten der Besatzung, leicht zu bestimmen, wann die Kultur ihren optimalen pH-Wert erreicht hatte. Alle 15 Versuchschargen wurden nach Ames zurückgeschickt und warten dort auf pH-Analyse, Lebensfähigkeitstests und Kontaminationskontrollen.
In einer Reihe von BioNutrients-Experimenten der NASA werden Möglichkeiten getestet, mithilfe von Mikroorganismen Nährstoffe zu produzieren, die bei zukünftigen Langzeitmissionen zur Erkundung des Weltraums für die menschliche Gesundheit von entscheidender Bedeutung sein werden.
Einige lebenswichtige Nährstoffe sind nicht lange genug haltbar, um bemannte Missionen über mehrere Jahre hinweg, wie etwa die Mission zum Mars, abzudecken, und müssen möglicherweise im Weltraum produziert werden, um die Gesundheit der Astronauten zu erhalten.
Um diesem Bedarf gerecht zu werden, verwendet das BioNutrients-Projekt einen Bioproduktionsansatz, der der Produktion bekannter fermentierter Lebensmittel wie Joghurt ähnelt. Diese Produkte werden jedoch auch bestimmte Arten und Mengen von Nährstoffen enthalten, die die Besatzung in Zukunft zu sich nehmen kann.
NASA-Astronautin und Kommandantin der Expedition 72 Suni Williams demonstriert während eines Experiments an Bord der Internationalen Raumstation ein BioNutrients-Nahrungsergänzungsmittel-Produktionskit. Bei dem Experiment wird modifizierte Hefe verwendet, um Nährstoffe und Vitamine zu produzieren, die für die Gesundheit zukünftiger Astronauten unerlässlich sind. NASA
Das erste Experiment der Reihe, BioNutrients-1, sollte die fünfjährige Stabilität und Leistung eines tragbaren Systems namens Produktionspaket bewerten. Dieses nutzt einen modifizierten Hefemikroorganismus, um bei Bedarf und im Weltraum frische Vitamine zu produzieren. Die BioNutrients-1-Experimente begannen, nachdem 2019 mehrere Sätze Produktionspakete zur Station gebracht worden waren. Diese Sammlung enthielt auch Ersatzproduktionspakete als Backups, die verwendet werden konnten, falls das Experiment während der fünfjährigen Studie wiederholt werden musste. Die geplanten Experimente wurden im Januar 2024 abgeschlossen. Ersatzproduktionspakete verblieben an Bord des Orbitallabors und im BioNutrients-Labor im Ames Research Center der NASA im kalifornischen Silicon Valley, wo das Bodenteam parallel zur Arbeit der Besatzung Experimente durchführt.
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Die Programmmanager der Internationalen Raumstation und der NASA koordinierten die Zeit der Besatzung für das BioNutrients-1-Zusatzexperiment mit Ersatzpaketen. Dadurch verlängerte sich die Studiendauer im Orbit auf fast sechs Jahre, sodass die wertvollen Beobachtungen und Daten der Besatzung aus dem Zusatzexperiment im nachfolgenden BioNutrients-3-Experiment verwendet werden konnten, das im April 2024 sein astronautengeleitetes Experiment abschloss und noch in diesem Jahr zur Station starten soll. Astronauten an Bord der Raumstation werden die Probe einfrieren und sie dann zur Analyse zur Erde zurückbringen, um festzustellen, wie viel Hefe gewachsen ist und wie viele Nährstoffe während des Experiments gewonnen wurden. Dies wird uns helfen, die Haltbarkeit der Pakete abzuschätzen.
Missionen zum Mond und zum Mars stellen Astronauten vor große Herausforderungen in Bezug auf die Ernährung. Freiwillige der NASA Open Science Data Repository Analysis Working Groups (OSDR-AWGs) arbeiten daher zusammen, um Gesundheitsdaten von Astronauten zu analysieren. Die Analyse-Arbeitsgruppen untersuchen biomedizinische Daten, die während NASA-Missionen und Weltraumexperimenten gesammelt und im NASA Open Science Data Repository gesammelt wurden. Diese Daten werden von den Gruppen genutzt, um grundlegende und angewandte wissenschaftliche Fragen zu beantworten und die Auswirkungen der Weltraumforschung auf die menschliche Gesundheit zu bewerten.
In einem Artikel über im Weltraum angebaute Lebensmittel wurden Daten zu Salat analysiert, der auf der Internationalen Raumstation und der Raumstation Tiangong-2 angebaut wurde. Es zeigte sich, dass dieser Salat 29–31% weniger Kalzium und 25% weniger Magnesium enthielt als Salat auf der Erde, was für den Bedarf der Astronauten nicht ausreicht.
Eine Studie hat zwei zusätzliche Gesundheitsprobleme bei Astronauten festgestellt, die im Weltraum angebautes Gemüse essen.
Die Analyse ergab, dass bei den Astronauten Veränderungen in der Expression von 163 Kalziumgenen auftraten, die den Knochenschwund beschleunigen könnten.
Freiwillige in den OSDR-Analyse-Arbeitsgruppen untersuchten den Nährwert von Nutzpflanzen, die in niedrigen Erdumlaufbahnen angebaut werden, und die physiologischen Auswirkungen von weltraumbedingtem Nährstoffmangel auf Astronauten. npj Microgravity/Barbero et al., 2025
Daten der japanischen Raumfahrtagentur JAXA zeigen, dass die Darmbarrieren der Astronauten aufgrund einer veränderten Proteinproduktion und -regulierung gestört waren, was wahrscheinlich ihre Fähigkeit zur Aufnahme von Nährstoffen beeinträchtigte.
Möglicherweise ist es möglich, mit Kalzium oder therapeutischen Proteinen angereicherte Pflanzen zu entwickeln, um den Mangel auszugleichen, der bei im Weltraum angebautem Salat beobachtet wird.
Diese Studie entstand in Zusammenarbeit zwischen ALSDA (Ames Life Sciences Data Archive), den Human and Plant Analysis Working Groups des OSDR (einer Erweiterung des NASA Genelab mit Sitz bei NASA Ames) und BioAstra, einer gemeinnützigen Organisation für Weltraumbiowissenschaften. Die Daten stammen hauptsächlich aus dem OSDR, ergänzt durch Beiträge von Space Omics und Medical Atlas der Weill Cornell University.
Der ESA-Astronaut Sławosz Uznański-Wiśniewski war der erste Weltraumkoch, der während der Mission Axiom 4 Pierogi – traditionelle polnische Teigtaschen – zur Internationalen Raumstation brachte.
Sławosz bringt mit einem speziellen Menü, das in Zusammenarbeit mit einem renommierten Koch und einem Familienunternehmen aus Polen kreiert wurde, einen Hauch von Heimat ins All. Auf der Speisekarte stehen Kohl- und Pilzknödel, Tomatennudelsuppe, polnischer Lecho mit Buchweizen und Apfelstreusel zum Nachtisch, so der Pressedienst der ESA.
Der Großteil des Weltraummenüs besteht aus Konserven oder gefriergetrockneten Lebensmitteln in Plastikverpackungen. Frisches Obst und Gemüse sind ein Luxus, der nur bei der Ankunft eines Raumschiffs mit neuen Vorräten verfügbar ist.
Essensprobe für die Crew der Axiom-Mission 4. ESA
Bonusmahlzeiten für einzelne Besatzungsmitglieder machen etwa 10 % ihres Speiseplans aus. Astronauten sagen, diese zusätzlichen Mahlzeiten sorgen für Abwechslung in ihrem Speiseplan, verbessern ihr geistiges Wohlbefinden und helfen ihnen, eine Bindung zu ihrer Crew im Orbit aufzubauen.
Gefriertrocknung ist ein langwieriger Prozess, bei dem Lebensmitteln das Wasser vollständig entzogen wird, wodurch ihre Eigenschaften und Struktur über Jahre hinweg erhalten bleiben.
Sławosz arbeitete mit LYOFOOD zusammen, einem kleinen polnischen Familienunternehmen mit über dreißig Jahren Erfahrung in der Gefriertrocknungstechnologie, um eine Lösung zu finden, mit der die Knödel nach Zugabe von heißem Wasser aus Spendern auf der Raumstation genossen werden können.
Der renommierte polnische Koch und Gastronom Mateusz Gessler hat drei Hauptgerichte kreiert und das Apfel-Crumble-Dessert ist im LYOFOOD-Menü enthalten.
Ignis Menü:
Teigtaschen mit Kraut und Pilzen,
Tomatensuppe mit Nudeln,
Polnischer Eintopf „Lecho“ mit Buchweizen
Apfel-Crumble
Weltraumtaugliche
Verpackung für Teigtaschen. ESA
Die Mikrogravitation beeinflusst die Knochendichte, den Muskeltonus und die Ernährung. Daher ist es wichtig, dass Slavos‘ Ernährung die Nährstoffe enthält, die er braucht.
Das Weltraummenü eines Astronauten umfasst eine Vielzahl von Nahrungsmitteln, die auf die Ernährungsbedürfnisse und betrieblichen Anforderungen an Bord abgestimmt sind. Die Teams auf der Erde beginnen bereits mehrere Monate im Voraus mit der Auswahl der Gerichte, da die Lebensmittel nach der Gefriertrocknung, Hitzestabilisierung oder Vakuumverpackung zur Sicherheits- und Nährwertprüfung in ein Labor geschickt werden müssen.
Vor der Ignis-Mission nahm Slavos an mehreren Kostproben von Weltraumnahrung teil und erstellte Bewertungen von Speisen und Getränken. So konnte bestimmt werden, welche Gerichte die Hauptnahrung für die gesamte Mission bilden würden.
Dieses Foto vom 15. August 2025 zeigt das Abendessen auf der Internationalen Raumstation. Auf einem Tablett liegt ein Krabbencocktail auf Vollkorncrackern, auf dem anderen Sushi aus Seetang, Spam, Thunfisch und Reis. Beide Tabletts sind mit Klettverschluss an der Bordküche des Unity-Moduls befestigt. Die Krabben und Cracker werden durch Gewürze an ihrem Platz gehalten, das Sushi durch die Oberflächenspannung der Feuchtigkeit.
NASA/Johnny Kim
Die Aktivitäten an Bord der Raumstation werden Langzeitmissionen wie Artemis und zukünftige bemannte Expeditionen zum Mars unterstützen.
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