2013年化学“搞笑诺贝尔奖 ：日本学者 Shinsuke Imai, Nobuaki Tsuge, Muneaki Tomotake,Yoshiaki Nagatome, H. Sawada, Toshiyuki Nagata和Hidehiko Kumgai发现洋葱“催人泪下”的生物化学机制远比我们以前知道的要复杂。
2002年，日本的几位学者在Nature杂志上发表了一篇题为“An onion enzyme that makes the eyes water”的论文，揭示了洋葱“催人泪下”的最新生物化学机制。长久以来，人们认为洋葱使人流泪的催泪因子(lachrymatory factor , propanthial S-oxide)由蒜氨酸酶(alliinase)催化产生。而发表在Nature上的这篇论文揭示了洋葱中催泪因子的另一关键酶-催泪因子合成酶(lachrymatory factor synthase,LFS)也是必不可少的【Shinsuke Imai, Nobuaki Tsuge,Muneaki Tomotake, et al. An Onion Enzyme that Makes the Eyes Water. Nature, 2002, 419(6908):685.】。
关于洋葱的刺激性风味前体，相关的研究和报道比较多，这些风味前体多是烷基半胱氨酸硫氧化物[S-alk(en)yl cysteine sulfoxides ]，主要为S-甲基-L-半胱氨酸亚砜(methiin)、S-丙基-L-半胱氨酸亚砜(propiin)、S-丙烯基-L-半胱氨酸亚砜(isoalliin)和S-烯丙基-L-半胱氨酸亚砜(alliin)。
洋葱中主要的风味前体物质
风味前体物质半胱氨酸硫氧化物在鲜洋葱中占0.668%，S-丙烯基-L-半胱氨酸亚砜含量最多，它们最终促成了洋葱特有的风味。这些前体物质均无色无味，其中，风味前体物质在细胞质中，而蒜氨酸酶在液泡中，二者各有各的“领地”，互不干扰，所以完整的洋葱没有刺激气味。当洋葱细胞受外力破损(剥洋葱或切洋葱)时，风味前体物质烷基半胱氨酸硫氧化物与蒜氨酸酶的“邂逅”导致瞬间发生了化学反应，在蒜氨酸酶的催化下，烷基半胱氨酸硫氧化物水解为硫代丙醛-S-氧化物，同时还生成丙酮酸和氨(下图，图中以S-丙烯基-L-半胱氨酸亚砜为例说明)，
很多的研究已证实硫代丙醛-S-氧化物就是导致人眼睛流泪的主要成分，它被称为催泪因子。硫代丙醛-S-氧化物为易挥发性物质，并使嘴唇有灼烧热辣感，当这种挥发物质与眼睛中的液体接触后，导致有刺激感的酸性物质生成，会刺激人眼部角膜的神经末梢，人体则通过神经系统活动命令泪腺分泌泪液，把刺激性物质冲走。
洋葱中催泪因子生成过程
洋葱受到外力损伤时，马上释放有刺激性的物质对施外力者造成一定的威胁或警告，这种自我保护机制在自然界中有很多例子，一些动物(如臭鼬)在遇到危险时会发出恶臭的气味。
2013年化学“搞笑诺贝尔奖”得主的研究却发现洋葱产生催泪因子的过程不仅有蒜氨酸酶的参与，而且还发现一种新的酶参与其中(上图B过程)，他们将此新发现的酶命名为催泪因子合成酶，它催化生成催泪因子的上游中间体1-丙烯基亚磺酸(1-propenylsulphenic acid )。为什么以前的研究者没有发现中间体1-丙烯基亚磺酸而与催泪因子合成酶失之交臂呢，非常重要的原因是1-丙烯基亚磺酸非常不稳定，很难分离捕获到。
催泪因子合成酶的特异性很好，它只对反式结构的洋葱风味前体(如反式-S-丙烯基-L-半胱氨酸亚砜)才有催化作用，而自然选择的结果是在洋葱中恰恰为这种反式结构。与催泪因子合成酶催化反应竞争的反应为 1-丙烯基亚磺酸的二聚反应(上图C过程)，即两分子的1-丙烯基亚磺酸脱水后生成蒜素(thiosulphinate)，蒜素是决定洋葱独特风味的主要物质。当缺少催泪因子合成酶时，通过检测发现蒜素的生成明显增多。
进一步研究发现，切开洋葱后的10分钟之内，检测到催泪因子的信号非常明显，随着时间推移，会检测到丙硫醇(propanethiol)和二丙基二硫醚(dipropyl disulfide)以及痕量的蒜素，在约60分钟时，生成的各种物质的浓度将接近最大。
转自：《搞笑诺贝尔奖：化学》，丁慧颖，逯海 主编。
