Dlaczego płaczemy przy krojeniu cebuli? Odpowiedź tkwi w fizyce i nożach

Sposobów na unikanie łez przy krojeniu cebuli jest tyle, ilu kucharzy. Niektórzy są dumni ze swojej zdolności do siekania warzyw bez łzawienia godnego pogrzebowej płaczki, inni starają się pomagać sobie ścierkami, okularami i nieskończoną ilością trików z TikToka. Ale łzy i tak lecą. Choćby ukradkiem.

Zespół prof. Sunghwana Junga z Uniwersytetu Cornella użył superszybkiej kamery i mikroskopu elektronowego, by przyjrzeć się dokładnie temu, co dzieje się, gdy cebula pęka pod tnącym ostrzem noża.

W eksperymencie wykorzystano specjalne urządzenie przypominające gilotynę: cienkie ostrze zrzucane było na ćwiartkę cebuli, której powierzchnię uprzednio pokryto czarnym sprayem, by lepiej śledzić deformacje powierzchni pod wpływem uderzenia. Prędkość cięcia zmieniano w zakresie od 0,4 do 2 m/s, a ostrość ostrza wahała się od zaledwie 5 mikrometrów do 200 mikrometrów szerokości czubka.

To, co zaobserwowano, wyglądało jak miniaturowy wybuch. Cebula najpierw się uginała, gromadząc energię sprężystą w miąższu pod zewnętrzną, twardszą warstwą. Gdy ta warstwa pękała, dochodziło do natychmiastowego rozprysku mikroskopijnych kropli zawierających m.in. syntazy propanotial-S-tlenku - związek siarki, który atakuje receptory nerwowe oka i wywołuje łzy.

Badacze wykazali, że im bardziej tępe ostrze, tym większe naprężenie zgromadzone w cebuli i tym bardziej "wybuchowa" reakcja na rozcięcie. Ostre noże, które tną bez deformowania tkanki, powodują znacznie spokojniejsze uwolnienie cieczy. A liczby mówią same za siebie: przy najwyższych prędkościach i najbardziej tępych ostrzach liczba wyrzucanych mikrokropli była aż 40-krotnie wyższa niż przy cięciu ostrym nożem i z mniejszą siłą. Co więcej, pojedyncze drobiny cebulowego aerozolu potrafiły osiągać prędkość nawet 40 metrów na sekundę - czyli szybciej niż lecący korek od szampana.

Drobiny te - a nie sam gazowy związek siarki - są prawdopodobnie głównymi winowajcami podrażnień. Ich rozmiar, prędkość i sposób rozpadu na mniejsze cząstki sprawiają, że mogą unosić się w powietrzu, docierać do oka i wywoływać reakcję obronną. Przed mikroskopijnymi chemicznymi pociskami w kuchni nie ma ucieczki.

Filmowanie z prędkością do 20 tysięcy klatek na sekundę pozwoliło wyróżnić dwa etapy emisji cieczy: pierwszy - gwałtowny rozprysk w momencie pęknięcia skóry cebuli i drugi - powolniejsze odrywanie się "ligatur", czyli cienkich strużek płynu, które następnie rozpadają się na kolejne krople. To właśnie ten pierwszy moment jest kluczowy - tam rodzą się najbardziej energetyczne drobiny, zdolne do lotu na dużą odległość i drażnienia oczu.

Choć badanie miało na celu zrozumienie, dlaczego płaczemy przy krojeniu cebuli, niespodziewanie ujawniło też inny potencjalny problem: rozprysk cieczy z warzyw może być źródłem patogenów. W drobinach płynu mogą znajdować się bakterie czy wirusy - a ich uwalnianie i unoszenie się w powietrzu przypomina mechanizm znany choćby z kichania. A jako, że mikroskopijne kropelki mogą unosić się w powietrzu nawet przez kilka minut, problem gotowy.

W warunkach domowych ryzyko jest minimalne, ale w kuchniach przemysłowych, gdzie krojenie odbywa się masowo, problem może być realny. Dlatego, jak sugerują autorzy pracy, ostrzenie noży i kontrola prędkości cięcia mogą mieć nie tylko znaczenie dla komfortu kucharza, ale także dla higieny.

Jeśli więc nie chcesz płakać przy krojeniu cebuli - zwolnij i naostrz nóż. Badania wskazują, że prędkość cięcia ma równie duże znaczenie co ostrość ostrza. Im szybciej tniemy, tym więcej powstaje cząstek i tym większe ryzyko, że jedna z nich trafi prosto w nasze oko. Nawet najlepiej naostrzony nóż nie pomoże, jeśli będziemy nim szarżować jak zawodnik "Top Chefa". Tu potrzeba wyczucia i delikatności godnej ninja.

Dla sceptyków pozostają inne metody: chłodzenie cebuli przed krojeniem, krojenie pod wodą, albo maska do nurkowania. Można też wybrać się do Japonii. Tamtejsza firma House Foods w 2016 r. wprowadziła na rynek cebule niezdolne to przyprawienia kogokolwiek o łzy. Stworzona przez nich odmiana "Smile Ball", która niemal nie uwalnia przy krojeniu syntazy propanotial-S-tlenku. Warzywa, które mają podobno słodki smak, przypominający jabłko czy gruszkę, są bombardowane jonami, które hamują produkcję syntazy. Co ciekawe, badacze z firmy otrzymali w 2013 r. nagrodę Ig Nobla z chemii za precyzyjne opisanie chemicznych procesów, które doprowadzają ludzi do łez podczas siekania cebul.

Nowe badania wskazują jednak, że nie trzeba uciekać się do aż tak ekstremalnych metod. Fizyka mówi jasno: ostro, wolno, i bez nerwów.

Choć może się to wydawać zabawne, cebula pozostaje jednym z najbardziej złożonych przedmiotów badań w kuchni. Jej warstwowa budowa, z twardą skórką i miękkim, pełnym wody miąższem, to niemal idealny model do analiz biomechanicznych. W najnowszym badaniu użyto nie tylko szybkiej kamery, ale też cyfrowej korelacji obrazu, skaningowego mikroskopu elektronowego i całkiem skomplikowanych równań opisujących deformację i pękanie struktur.

Wszystko po to, by odpowiedzieć na jedno z najstarszych pytań domowej fizyki: czemu właściwie płaczemy, krojąc cebulę?

Odpowiedź, jak się okazuje, kryje się nie tylko w chemii łzotwórczych związków siarki, ale też w geometrii ostrza, prędkości jego opadania i skomplikowanej fizyce rozprysku cieczy. I chociaż to badanie raczej nie trafi do podręczników kucharskich, daje nową perspektywę na to, co właściwie dzieje się na naszej desce do krojenia.