分享本文至 E-mail 信箱

學術引用格式

MLA (點一下全選)

APA (點一下全選)

EndNote(.enw)

洋蔥淚不淚!? 不再賺人熱淚的洋蔥!

credit: CC by Nanagyei@flickr

credit: CC by Nanagyei@flickr

文/ 陳奕均 (台灣大學生化科技學系所)

無淚洋蔥的發展

每每提到洋蔥,大家馬上就會聯想到流眼淚。究竟為什麼洋蔥會讓人流眼淚呢?為什麼婆婆媽媽總是交代切洋蔥要浸在水裡切才不會流淚呢? 一篇感人的文章,也常被形容是加了洋蔥,但是感人的眼淚與洋蔥的眼淚真的相同嗎?

過去的研究認為當我們切開洋蔥時,洋蔥的細胞被破壞,釋出一種酵素,蒜氨酸酶 (alliinase)。蒜氨酸酶會將基質 (1-propenyl-L-cysteine sulfoxide, PRENCSO) 催化成中間產物 (1-propenylsulphenic acid),而中間產物會迅速且自發性地轉換成兩種物質丙硫醛-S-氧化物 (propanthial S-oxide) 或硫代亞硫酸鹽 (thiosulfinate) (1)(2)(3)。丙硫醛-S-氧化物為一揮發性氣體,當與人體眼角膜接觸會刺激人體命令淚腺分泌淚液,將刺激物質排除(4)

既然知道主謀是誰,以現在的生物技術,只要將這段基因剔除掉,就可以生產出不會讓人流眼淚的洋蔥,天下的媽媽也可以開心地切洋蔥。

但是蒜氨酸酶的另一個產物,硫代亞硫酸鹽為新鮮洋蔥產生香味的來源,且會轉換成具有降血脂(5)與抗血小板凝聚(6)的效果的功效成分。如果降低了蒜氨酸酶,洋蔥的香味與營養價值也會跟著流失,洋蔥將不再是洋蔥。實際上美國早已有無淚洋蔥的產品誕生,不過口味就是和原本的洋蔥有差異。

這樣的兩難局面現今已經被打破!日本研究發現,蒜氨酸酶的中間產物不會自發性變成丙硫醛-S-氧化物,而是需要另一種酵素,淚腺分子合成酶 (lachrymatory-factor synthase) 催化產生,而另一產物硫代亞硫酸鹽則不需要此酵素的參與。因此只要將此段基因剃除,就可以得到既有洋蔥香味與營養價值,且不會讓人流眼淚的洋蔥了(7)

時至今日,經過紐西蘭科學家六年的努力,藉由基因剔除 (gene knockout) 技術已經成功培育出真正的無淚洋蔥,其味道與營養價值都與一般洋蔥無異。美國威斯康辛大學的園藝學教授邁克爾‧哈維甚至認為這種無淚洋蔥將取代一般洋蔥成為未來世界廚房的主角,廚房內婆婆媽媽流眼淚的情況也將不復存在(8)。但是在無淚洋蔥推廣前,要如何降低切洋蔥造成的眼淚呢?

我們可以從兩方面著手,第一,從酵素著手。酵素都有本身適合的反應溫度,溫度的差異會導致酵素變性,進而失去作用,先將洋蔥冷凍或加熱後再進行處理,蒜氨酸酶已經失去作用,自然就不會有刺激淚腺的物質產生。第二,從刺激物著手。丙硫醛-S-氧化物可以部份溶於水中,因此在水中切洋蔥可以降低丙硫醛-S-氧化物與角膜接觸,減緩流淚。

了解洋蔥催淚的原理後,那眼淚的成分呢?看完感人文章所留下的淚與其是否有差異?有名的攝影家 Rose-Lynn Fisher 也對這個議題產生了興趣,於是在 2013 年收集了 100 個眼淚樣本,風乾後以光學顯微鏡拍攝。如圖中所示,左邊為切洋蔥所留下的眼淚,右邊為因悲傷而流下的眼淚。洋蔥之淚的外型較為規則且細長,就像鋪滿了一片片的雪花般,而悲傷之類的外型則較為零散,且常有大塊不規則物出現(9)(11)

從科學的角度來看,眼淚可以依據其產生原因分為三種類型。快樂或悲傷的眼淚被歸為同一類型,屬於精神眼淚 (psychic tears),無論是正面或負面情緒,極端的情緒皆會引發該類型眼淚。保持眼角膜的潤滑的工作交給基礎眼淚 (basal tears),小量但持續性的流出,平均每天可以流出 0.75 ~ 1.1 克。反射性眼淚 (reflex tears) 則是當眼角膜遇到刺激性物質,包含洋蔥或灰塵時所流出的眼淚。所有的眼淚都是由鹽水與多種生物物質,包含抗體與酵素 (例如可以殺菌的溶菌酶) 所組成(9)。而不同種的眼淚也具有本身特別的分子。史丹佛大學的 William Frey II 教授在 1981 年做了一個有趣的實驗(10)。他收集了兩種眼淚,一種為看悲劇電影留下的眼淚,一種為切洋蔥所留下的淚。分析化學成分後發現看悲劇電影所留下的淚含有較高的蛋白質,例如神經傳導物質腦啡 (enkephalin)。腦啡具有止痛的效果,這也是為什麼在哭過以後感受會比較好的原因之一。但是切洋蔥所造成的眼淚並無此類成分,因此切完洋蔥並不會覺得好受。因此以後看到一篇令人感動的文章,不要再說作者在裡面加了洋蔥了,因為產生的淚是不一樣的!

洋蔥之淚

Fisher 的作品,左為洋蔥之淚,右為悲傷之淚

參考資料:

  1. Brodnitz, Michael H., and John V. Pascale. “Thiopropanal S-oxide: a lachrymatory factor in onions." Journal of agricultural and food chemistry 19.2 (1971): 269-272.
  2. Block, Eric, Robert E. Penn, and Larry K. Revelle. “Flash vacuum pyrolysis studies. 7. Structure and origin of the onion lachrymatory factor. A microwave study." Journal of the American Chemical Society 101.8 (1979): 2200-2201.
  3. Shen, Cunxi, and Kirk L. Parkin. “In vitro biogeneration of pure thiosulfinates and propanethial-S-oxide." Journal of agricultural and food chemistry 48.12 (2000): 6254-6260.
  4. Thomas Scott. “What is the chemical process that causes my eyes to tear when I peel an onion?” Scientific american: Oct 21, 1999.
  5. Adamu, I., P. K. Joseph, and K. T. Augusti. “Hypolipidemic action of onion and garlic unsaturated oils in sucrose fed rats over a two-month period." Experientia 38.8 (1982): 899-901.
  6. Makheja, A. N., and J. M. Bailey. “Antiplatelet constituents of garlic and onion." Agents and actions 29.3-4 (1990): 360-363.
  7. Imai, S., et al. “Plant biochemistry: an onion enzyme that makes the eyes water." Nature 419.6908 (2002): 685-685.
  8. 董楠。新西蘭培育出“無淚”洋蔥。中國日報。2008年02月03日。
  9. Joseph Stromberg. “The microscopic structures of dried human tears.” Smithsonianmag.com: November 19, 2013.
  10. Mccall, John T. “Effect of stimulus on the chemical composition of human tears." American journal of ophthalmology 92 (1981): 559-567.
  11. 更多眼淚的照片

科技大觀園延伸閱讀:

也可以上科技大觀園搜尋「基改」

關於作者

黑熊老師

台灣大學生化科技碩士,目前為專業家教老師。熱愛旅遊與自然科學,希望透過淺顯易懂的科普教育來提升大眾對科學的了解,讓科學與生活不再遙遠。部落格:黑熊老師的家