راز اشک نریختن هنگام خرد کردن پیاز: کشف شگفت‌انگیز دانشمندان

به گزارش بخش اخبار علمی زوم تک , پیاز، این ماده غذایی پرکاربرد و طعم‌ دهنده قوی، اغلب با یک عارضه جانبی ناخوشایند همراه است: جاری شدن اشک. برای بسیاری از ما، خرد کردن پیاز تجربه‌ای اشک‌ آور بوده و گاهی اوقات آنقدر آزار دهنده است که از استفاده از آن در آشپزی منصرف می‌شویم. اما اکنون، دانشمندان با کشف مکانیسم دقیق این واکنش شیمیایی، راهی برای غلبه بر این مشکل یافته‌اند. این یافته‌ های جدید نه تنها نویدبخش آشپزی بدون اشک هستند، بلکه دریچه‌ای نو به درک پیچیدگی‌ های بیوشیمیایی مواد غذایی می‌گشایند.

معمای اشک پیاز: یافته های دانشمندان برای آشپزی بدون گریه

تقریبا همه ما تجربه ناخوشایند ریزش اشک هنگام خرد کردن پیاز را داشته ایم. این اتفاق به قدری رایج است که به بخشی جدایی ناپذیر از آشپزی تبدیل شده است. اما دلیل علمی این پدیده چیست و آیا راهی برای فرار از آن وجود دارد؟ به نظر می رسد فیزیکدانان پاسخ هایی برای این سوالات یافته اند، هرچند راهکار پیشنهادی آنها ممکن است چندان به مذاق سرآشپز های حرفه ای که سرعت عمل برایشان اهمیت زیادی دارد، خوش نیاید. حقیقت این است که بریده شدن بافت پیاز منجر به آزاد شدن و پراکندگی مواد شیمیایی خاصی در هوا می شود که خاصیت اشک آور دارند. عوامل متعددی در چگونگی و میزان پراکندگی این مواد تاثیرگذار هستند که در ادامه به بررسی دقیق تر آنها خواهیم پرداخت.

شناسایی عامل اصلی سوزش چشم: سین پروپنتیال اس اکسید

هنگامی که تیغه چاقو بافت پیاز را می شکافد، سلول های آن آسیب دیده و محتویاتشان آزاد می شود. در این میان، ترکیبات مختلفی که سرشار از گوگرد هستند، در هوا منتشر می شوند. یکی از مهمترین و تاثیرگذارترین این ترکیبات، ماده ای شیمیایی به نام “سین پروپنتیال اس اکسید” (syn-propanethial S-oxide) است. این ماده به سرعت تبخیر شده و به سمت چشمان ما حرکت می کند. به محض تماس با سطح مرطوب چشم، اعصاب حسی موجود در قرنیه را تحریک کرده و پیامی به غدد اشکی ارسال می کند. در پاسخ به این تحریک، غدد اشکی برای شستشو و دفع این ماده محرک، شروع به تولید اشک می کنند. این فرآیند کاملا طبیعی و یک واکنش دفاعی از سوی بدن است، اما می تواند بسیار آزاردهنده باشد، به خصوص زمانی که مقدار زیادی پیاز برای خرد کردن داشته باشیم. پیاز گوگرد مورد نیاز برای تولید این ترکیبات را از خاک جذب می کند و طی فرآیند رشد، آن را در ساختار سلولی خود ذخیره می نماید. آنزیم های خاصی نیز در سلول های پیاز وجود دارند که تا زمانی که سلول ها سالم هستند، غیر فعال باقی می مانند. اما به محض بریده شدن یا آسیب دیدن سلول ها، این آنزیم ها با سایر ترکیبات گوگردی وارد واکنش شده و سین پروپنتیال اس اکسید را تولید می کنند.

پژوهشی دقیق در دانشگاه کرنل: بررسی تاثیر ضخامت تیغه و سرعت برش

برای درک بهتر چگونگی پراکندگی این مواد اشک آور، تیمی از پژوهشگران به سرپرستی سانگ هوان جونگ در دانشگاه معتبر کرنل واقع در نیویورک، دست به انجام یک سری آزمایش های جالب زدند. همانطور که در گزارش نیوساینتیست به آن اشاره شده است، این محققان با بهره گیری از دوربین های فوق سریع و تجهیزات آزمایشگاهی دقیق، به بررسی نحوه پاشش ذرات شیمیایی حاصل از برش پیاز های قهوه ای پرداختند. آنها در این آزمایش ها از تیغه هایی با ضخامت های متفاوت استفاده کردند و سرعت برش را نیز در بازه های مختلفی تنظیم نمودند تا تاثیر این دو عامل مهم را به طور جداگانه و ترکیبی مورد ارزیابی قرار دهند.

روش کار آنها به این صورت بود که یک چهارم از یک پیاز را که سطح آن با اسپری رنگ سیاه پوشانده شده بود، با استفاده از یک دستگاه گیوتین مجهز به تیغه نازک فولادی برش می دادند. تیغه از ارتفاع مشخصی رها می شد تا سرعت و نیروی یکنواختی به پیاز وارد شود. پوشاندن سطح پیاز با رنگ سیاه به پژوهشگران کمک می کرد تا تغییر شکل پیاز در لحظه برش و همچنین مسیر حرکت ذرات پاشیده شده را با وضوح بیشتری از طریق دوربین های سرعت بالا ثبت و تحلیل کنند. دوربین های سرعت بالا قادرند هزاران فریم در ثانیه ضبط کنند و به این ترتیب جزئی ترین حرکات را که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده نیستند، آشکار می سازند.

علاوه بر این، تیم تحقیقاتی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی، عرض دقیق نوک تیغه های مورد استفاده را اندازه گیری کردند. این عرض در بازه ای بین ۵ تا ۲۰۰ میکرومتر (هزارم میلی متر) متغیر بود که نشان دهنده تفاوت قابل توجه در میزان تیزی تیغه ها بود. آنها همچنین با تنظیم ارتفاع رها شدن تیغه گیوتین، سرعت برش را در محدوده ای بین ۰.۴ تا ۲ متر بر ثانیه کنترل می کردند. این بازه سرعتی، شامل سرعت های معمول در خرد کردن پیاز در آشپزخانه می شود.

نتایج شگفت انگیز: چاقوی تیز و برش آرام، کلید آشپزی بدون اشک

نتایج به دست آمده از این آزمایش ها بسیار جالب توجه بود. مشخص شد که استفاده از تیغه های تیزتر (با عرض نوک کمتر) منجر به تولید و پراکندگی قطرات کمتری از مواد شیمیایی می شود. علاوه بر این، این قطرات با سرعت و انرژی جنبشی پایین تری به اطراف پاشیده می شدند. دلیل این امر آن است که تیغه تیز به راحتی از بافت پیاز عبور کرده و آسیب کمتری به سلول های اطراف ناحیه برش وارد می کند. در نتیجه، واکنش های شیمیایی منجر به تولید گاز اشک آور در مقیاس کوچکتری رخ می دهد.

در مقابل، هنگامی که پیاز با یک چاقوی کند (با عرض نوک بیشتر) برش داده می شود، اتفاق کاملا متفاوتی رخ می دهد. تیغه کند به جای بریدن تمیز بافت، ابتدا پوست و لایه های پیاز را له کرده و به سمت پایین فشار می دهد. این فشار باعث خم شدن لایه های پیاز و ذخیره شدن انرژی کشسانی قابل توجهی در آنها می شود، شبیه به فشردن یک فنر. همزمان، فشار داخلی در ناحیه تحت فشار نیز افزایش می یابد. در نهایت، زمانی که مقاومت پوست پیاز در برابر این فشار شکسته می شود و تیغه به داخل نفوذ می کند، این فرآیند به شکل نوعی انفجار کوچک رخ می دهد. انرژی کشسانی ذخیره شده به طور ناگهانی آزاد شده و باعث می شود ذرات و قطرات حاوی مواد محرک با سرعت بسیار بالایی، گاهی تا ۴۰ متر بر ثانیه (معادل ۱۴۴ کیلومتر بر ساعت)، به اطراف پرتاب شوند. این قطرات پس از ورود به جریان هوا، ممکن است در اثر برخورد با یکدیگر یا تحت تاثیر نیرو های آیرودینامیکی، شکسته شده و به ذرات بسیار ریزتری تبدیل شوند که راحت تر در هوا معلق مانده و به چشم می رسند.

محققان دریافتند که یک چاقوی کند در مقایسه با یک چاقوی تیز می تواند تا ۴۰ برابر بیشتر قطرات ریز حاوی مواد اشک آور را در محیط پخش کند. این تفاوت بسیار چشمگیر است و به خوبی نشان می دهد که چرا گاهی اوقات خرد کردن پیاز با یک چاقوی نامناسب می تواند تجربه ای بسیار آزاردهنده باشد. علاوه بر تیزی چاقو، سرعت برش نیز عامل مهم دیگری بود. نتایج نشان داد زمانی که سرعت برش بالا است، تعداد ذرات پخش شده تقریبا چهار برابر بیشتر از زمانی است که پیاز با سرعت پایین تری برش داده می شود. این موضوع نیز منطقی به نظر می رسد، زیرا برش سریعتر، انرژی بیشتری را به سیستم وارد کرده و می تواند منجر به پاشش شدیدتر مواد شود.

یک راه حل ساده اما شاید نه چندان کاربردی

بر اساس این یافته ها، راه حل پیشنهادی پژوهشگران برای کاهش ریزش اشک هنگام خرد کردن پیاز، استفاده از یک چاقوی بسیار تیز و برش دادن پیاز به آرامی و با ملایمت است. با این روش، احتمال اینکه مواد شیمیایی تحریک کننده در حجم زیاد و با سرعت بالا به سمت چشمان شما پرتاب شوند، به طور قابل توجهی کاهش می یابد. با این حال، خود جونگ و تیمش اشاره کرده اند که این جنبه از موضوع را به طور عملی و با آزمایش مستقیم روی افراد آزمایش نکرده اند، بلکه نتیجه گیری آنها بر اساس میزان و نحوه پراکندگی ذرات بوده است.

نظر کارشناسان دیگر و ملاحظات عملی

آنه جول، یکی از اساتید دانشگاه منچستر که در زمینه فیزیک مواد نرم فعالیت دارد، در واکنش به این پژوهش می گوید که عمل برش دادن، علی رغم ظاهر ساده اش، فرآیندی بسیار پیچیده است. او توضیح می دهد که این فرآیند در مقیاس بسیار کوچک، یعنی در سطح اتم ها و مولکول ها رخ می دهد و عوامل متعددی بر آن تاثیرگذار هستند. با این حال، او نسبت به کاربرد عملی و ایجاد تغییر چشمگیر این یافته ها در آشپزخانه های معمولی یا حرفه ای، ابراز تردید می کند. دلیل این تردید آن است که سرآشپز ها، به خصوص در محیط های حرفه ای، معمولا تحت فشار زمان هستند و نمی توانند پیاز را با آن آرامش و سرعتی که این پژوهش پیشنهاد می کند، خرد کنند. سرعت عمل برای آنها یک فاکتور کلیدی است.

علاوه بر این، همیشه تیز نگه داشتن چاقو ها در سطح مطلوب نیز نیازمند صرف وقت و مهارت است. اگرچه استفاده از چاقوی تیز قطعا کیفیت برش را بهبود می بخشد و می تواند تا حدی از شدت مشکل بکاهد، اما شاید نتواند آن را به طور کامل حذف کند.

راهکار های دیگر برای مقابله با اشک پیاز

البته راهکار های دیگری نیز برای کاهش سوزش چشم هنگام خرد کردن پیاز وجود دارد که برخی از آنها پایه علمی دارند و برخی دیگر بیشتر تجربی هستند. به عنوان مثال، خرد کردن پیاز در زیر جریان آب یا در نزدیکی بخار آب می تواند به حل شدن گاز اشک آور در آب کمک کرده و از رسیدن آن به چشم جلوگیری کند. قرار دادن پیاز در یخچال یا فریزر برای مدتی قبل از خرد کردن نیز می تواند سرعت واکنش های شیمیایی و تبخیر گاز را کاهش دهد. استفاده از هود آشپزخانه با مکش قوی یا تهویه مناسب محیط نیز در دور کردن گاز های متصاعد شده موثر است. برخی افراد نیز از عینک های محافظ یا حتی عینک شنا استفاده می کنند که می تواند یک مانع فیزیکی موثر در برابر گاز اشک آور ایجاد کند.

در نهایت، به نظر می رسد که معمای اشک پیاز همچنان به طور کامل حل نشده است، اما پژوهش هایی مانند آنچه در دانشگاه کرنل انجام شد، به ما کمک می کند تا درک بهتری از فرآیند های فیزیکی و شیمیایی دخیل در این پدیده رایج پیدا کنیم. شاید در آینده با پیشرفت های بیشتر در زمینه مهندسی ژنتیک، شاهد تولید ارقام جدیدی از پیاز باشیم که فاقد ترکیبات اشک آور باشند، اما تا آن زمان، استفاده از یک چاقوی تیز و شاید کمی صبر بیشتر، بهترین راهکار های موجود باشند.