最近，我这个“厨房小白”开始尝试自己做饭了，第一次意识到，洋葱可真是个好东西。它不仅便宜耐放，而且几乎能搭配任何食材：炖肉可以去腥增香，搭配素菜清爽可口，就连简简单单的清炒洋葱都无比美味。
但洋葱也有一个极其讨厌的缺点：辣眼睛。每次切洋葱，那股酸爽酥麻的气息都会直奔我的眼睛、鼻子和口腔。往往一个洋葱还没切完，我的眼中就噙满了泪水。
洋葱常让人眼中噙泪丨giphy
切洋葱，民间土法互相矛盾为了不再被洋葱辣哭，我开始在社交媒体上搜索各种防泪秘籍，发现网友们的回答五花八门。
有人说要给刀和砧板蘸水，有人会在砧板旁摆上电扇和蜡烛，还有人边嚼口香糖边切洋葱。当然还有更简单粗暴的方案：戴口罩、戴护目镜，甚至在鼻孔里塞纸巾。
更让人困惑的是，许多“民间土法”还彼此矛盾。比如，有人说切之前应该把洋葱扔进冰箱，可另一些人却主张先用微波炉加热洋葱；有人建议在30秒内速战速决，而另一些人却主张先将洋葱切成大块静置，一段时间后再切成细丝。
早在公元前三千多年甚至更早，洋葱就登上了人类的餐桌。然而，五千多年过去了，切洋葱的方法竟然还如此众说纷纭。
最佳切洋葱防泪法，还没有得到统一 ｜ 图虫创意
科学家发论文，试图终结厨房纷争科学家显然也遇到过类似的困扰，一篇今年10月发表于《美国科学院院刊》[1]（PNAS）的论文就试图终结这场厨房纷争。
康奈尔大学的Sunghwan Jung教授和学生吴子轩（现任职于雪城大学）等研究者给出了他们的答案：想要切洋葱不流泪，关键在于刀要锋利，动作要慢。至于许多网友推荐的冷藏法，可能会适得其反。
我原本以为，Sunghwan Jung团队之所以关注切洋葱问题，是因为他们也曾像我一样有过切肤之痛。但当我问到这个问题时，吴子轩笑着坦言，其实只是Jung的朋友研究过掰橙子时的汁液飞溅，于是Jung也想看看，切洋葱时的汁液飞溅是否也藏着有趣的流体物理学原理。
在吴子轩眼中，Jung是一个对世界充满好奇心的人。他的研究兴趣五花八门，从猫狗怎么喝水，到动物跃入水中激起的浪花，再到游泳后耳道里的水如何排出……Jung总能从日常生活里挖掘出别具一格的物理问题。
有意思的研究团队，研究有意思的流体物理学问题 ｜ 参考文献[4, 5]
把洋葱送上“断头台”，发现刀越钝越溅切洋葱之所以让人流泪，原因藏在洋葱细胞里。当洋葱组织被刀片破坏时，洋葱细胞中的硫化物会在酶的催化下，迅速生成一种名为丙硫醛-S-氧化物的化合物。它不仅能挥发进入空气，还会随着切洋葱时产生的细小汁液飞溅进入我们的眼睛，刺激分布在角膜的睫状神经，引发流泪反应。
为了看清切洋葱过程中究竟发生了什么，研究团队决定用高速摄像机捕捉洋葱的每一个飞溅瞬间。他们为洋葱设计了一款“断头台”，让刀片自由下落切割洋葱。同时，他们还编写了一种算法，逐帧追踪这些微小液滴的运动轨迹。
在高速摄像机下，研究人员真切地看到了洋葱汁液飞溅的全过程。在切割的瞬间，洋葱切口处会立刻喷出大量雾状的小液滴。它们的速度可达40米/秒，喷射高度甚至能达到60厘米。
紧接着，从洋葱更深层处喷出的汁液由于压力减小，会以液丝的形式喷出，并在空中再次断裂成小液滴。这些后续喷出的液滴高度通常不超过20厘米，不太容易溅入人眼。
换句话说，第一波那些速度极快的雾状小液滴，才是引发我们流泪的“头号罪犯”。
刀切洋葱瞬间，缺口喷出的液滴（蓝色）和液丝（红色），黄色代表洋葱或刀｜参考文献[1]
为了进一步了解如何才能减少液滴飞溅，研究团队又测试了不同的切割方式，用不同锋利程度的刀片切了上百颗洋葱，他们发现：刀刃越钝，洋葱汁液飞溅就越严重。随着刀刃厚度从0.91微米增加至13.3微米，洋葱飞溅出的液滴数量足足增加了40倍。
吴子轩表示：“一般来说，锋利的刀刃厚度在2微米以下。用这样的刀切洋葱，肉眼几乎看不到液滴飞溅。一旦刀刃厚度超过7微米（大约是一根头发直径的十分之一），你就能清楚地看到洋葱汁液爆发出来。”
从红色到蓝色，刀刃越厚，洋葱飞溅出的液滴数量越多 ｜ 参考文献[1]
为什么刀越钝，汁液飞溅就越剧烈？这要从洋葱独特的微观结构说起。研究人员将洋葱比作了一种蹦床式的结构。
洋葱的每一层，外表都包裹着一层坚韧的表皮细胞，也就是我们在高中生物课上用来观察质壁分离的那层细胞（不是最外层的褐色干皮）。它就像蹦床的床面，薄薄一层但韧性十足，保护着洋葱内部柔软的叶肉细胞。而这些厚厚的叶肉细胞则像蹦床的弹簧一样，支撑着上方的表皮细胞。
“洋葱表皮细胞形状细长，它们的抗压能力很强。”吴子轩解释道，“如果菜刀不够锋利，无法立刻切开这层表皮，就会将它深深地下压。这样一来，下层的叶肉细胞就会被严重压缩，甚至超出它们所能承受的压力极限。”
在这种巨大的压力下，等到菜刀终于切破洋葱表皮时，叶肉细胞积累的压力就会像被压缩的弹簧弹开一样迅速释放。菜刀越钝，汁液中积累的压力越大，储存的弹性势能越多，洋葱汁液就会喷得越多、越快、越高。
洋葱横截面，可以看到洋葱在被刀切断后立即回弹，这是弹性势能释放的标志 ｜ 参考文献[1]
慢切、前后拉、不冷藏，飞溅少除了刀的锋利程度，切洋葱的速度也同样重要。为了研究这一点，他们让刀片从不同高度自由落体，模拟了不同的切割速度。研究者发现，当切割速度从0.44米/秒增加到2.03米/秒（人类厨师的切菜速度一般为0.1～1.0米/秒）时，飞溅出的液滴数量增加了4倍。
吴子轩说：“切洋葱的速度越快，菜刀提供的能量就越多，因此汁液更容易断裂成细小的液滴，喷射速度也会越快。”
研究团队还测试了一些“民间土法”。例如，他们把洋葱在冰箱中提前冷藏了12小时，令人惊讶的是，冷藏后的洋葱反而会喷出更多液滴。他们推测，这可能是因为在低温作用下，洋葱组织变得更脆了，切割时的断裂区域更大，因此释放出了更多汁液。
此外，早在2012年，哈佛大学物理学家L.马哈德万（L. Mahadevan）的团队就发现[2]，在切割物体时，如果刀片只是直直地下压，那么就需要较深的下压深度才能达到断裂的临界条件。相反，如果像拉锯那样边向下切边前后拉，就能以更小的下压深度达到断裂条件，切割效率更高。因此，科学家也建议，在切洋葱时尽量采用边拉边切的方式，能进一步减少洋葱汁液飞溅。
从蓝色到红色再到绿色，切洋葱速度越快，洋葱飞溅出的液滴数量越多 ｜ 参考文献[1]
使用锋利刀具，减少飞溅带来的危险这些看似只是厨房小技巧的研究，其实还有更重要的意义。洋葱飞溅的液滴不仅会刺激眼睛，也可能携带微生物，成为食品污染的隐形来源。
2023年，中国食源性疾病发病人数有30237人，其中不少是由沙门氏菌等微生物引起的。病原体可以通过很多途径传播，这项研究展示了一种容易被人们忽略的途径——生食切割过程中，病原体随着液滴飞溅，造成感染。
研究团队发现，不只是切洋葱会产生飞溅，撕洋葱也会，比如撕下每层洋葱内侧表皮的动作，能产生大量极微小的液滴，甚至形成能长时间悬浮于空气中的气溶胶。如果病原体混入这些气溶胶，被人类接触和吸入的风险就会大大增加。因此，为了减少厨房感染风险，无论是切洋葱还是处理其他生鲜食材，都最好使用锋利的刀具。
至于切了上百个洋葱有没有被辣哭？吴子轩笑着说：“我好像已经习惯了，已经没什么感觉了。”
参考文献
[1]https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2512779122
[2]https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.109.244301
[3] 范鹏辉, 李红秋, 褚遵华, et al. 2023年中国大陆食源性疾病暴发监测结果分析. 中国食品卫生杂志. 2024;10:1199-1208.
[4] Gart S, Socha JJ, Vlachos PP, Jung S. Dogs lap using acceleration-driven open pumping. Proc Natl Acad Sci U S A. 2015 Dec 29;112(52):15798-802.
[5] Chang B, Myeong J, Virot E, Clanet C, Kim HY, Jung S. Jumping dynamics of aquatic animals. J R Soc Interface. 2019 Mar 29;16(152):20190014.
作者：黄雨佳
编辑：代天医、odette
封面图来源： 图虫创意
