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Natürliche Biowaffe: Warum weinen wir beim Zwiebelschneiden?

Zerkleinern wir eine Zwiebel, setzen wir damit eine chemische Reaktion in Gang. Mit jedem Schnitt zerstören wir Zellwände, so dass sich Inhaltsstoffe der Zwiebel begegnen, die sonst voneinander getrennt blieben. Die aufeinandertreffenden Stoffe bilden ein Gas, das uns in die Augen steigt und sie reizt, weshalb wir weinen müssen. Die Tränen, die wir dabei vergießen, sind ein schützender Reflex. Sie verdünnen den Reizstoff und spülen ihn aus unseren Augen, um (weiteren) Schaden abzuwenden. Aber wie funktioniert das genau?
Schutz vor Tränen beim Zwiebelschneiden? - Es ist kompliziert …

Am 12. September 2013 stand der japanische Forscher Shinsuke Imai am Rednerpult der Harvard University in Cambridge und winkte mit einer Zwiebel. »Das ist eine Zwiebel«, sagte er. »Zwiebeln können uns zum Weinen bringen.« Kurz darauf klebte sich der Wissenschaftler eine große blaue Träne unter sein linkes Auge.

Imais Auftritt war skurril. Die Entdeckung, die er gemeinsam mit seinen Kollegen gemacht hatte, und der Preis, den sie dafür verliehen bekamen, waren es ebenso – man zeichnete die Wissenschaftler mit dem Ig-Nobelpreis für Chemie aus. Der nicht ganz ernst gemeinte Nobelpreis (»ignoble« bedeutet so viel wie »unwürdig«) wird für scheinbar abstruse und überflüssige Forschungsarbeiten vergeben. Dabei hatten Imai und seine Kollegen doch etwas entdeckt, was alle anderen zuvor übersehen hatten: Der biochemische Prozess, mit dem uns Zwiebeln zum Weinen bringen, ist komplizierter als zunächst gedacht.

Ein Dank für den Ig-Nobelpreis
Die Ig-Nobelpreis-Verleihung aus dem Jahr 2013: Hier sind das Entdeckerteam der LFS und Shinsuke Imai bei ihrer dezent skurrilen Dankesrede zu bestaunen.

Warum einfach, wenn's auch kompliziert geht?

Zunächst hatte man nämlich gedacht, dass das Tränen auslösende Gas beim Schneiden einer Zwiebel spontan entsteht, weil man auf eine ähnliche Reaktion im Knoblauch geschielt und falsch kombiniert hatte. Ähnlich laufe es auch bei einer frisch aufgeschnittenen Küchenzwiebel: Hier setzt ein Enzym (Alliinase) eine schwefelhaltige Aminosäure (Isoalliin) zu einer instabilen Säure (1-Propensulfensäure) um.

So weit, so richtig. Danach, so glaubte man, reagiere die Säure eben spontan – also ohne helfenden Katalysator – zum tränenreizenden Stoff weiter, dem Propanthial-S-Oxid (kurz: Propanthialoxid; oder auch: »lachrymatory factor«). Imai und seine Kollegen fanden in ihren Versuchen jedoch heraus, dass dieser zu Tränen reizende Stoff ausschließlich mit Hilfe eines dafür notwendigen Enzyms entsteht. Das Forscherteam erwies sich bei der Namensgebung als pragmatisch und taufte das entdeckte Enzym schlicht: LFS (lachrymatory factor synthase).

Auf nur knapp einer Seite berichteten die Wissenschaftler 2002 in der Fachzeitschrift »Nature« von ihrer Entdeckung, die allerdings kaum beachtet blieb. Auch der Ig-Nobelpreis, den man Imai und seinen Kollegen elf Jahre später verlieh, brachte nicht die notwendige Publicity. Und so geistert sie auch heute noch umher, die Mär von der spontanen Reaktion.

Reizen, Brennen, Tränen – die Biowaffe der Zwiebel

Selbstverständlich weiß jeder, was passiert, wenn ein wenig von der Zwiebel ins Auge geht: Erst juckt, dann brennt es, und schließlich kullern Tränen. Die Biowaffe der Zwiebel, Propanthialoxid, ist gasförmig und steigt schnell in die Luft auf. In der Natur erfüllt das flüchtige Tränengas eine wichtige Aufgabe: Die verletzte Knolle wehrt sich damit gegen Feinde, die sich an ihr zu schaffen machen. In ihrem natürlichen Habitat schlägt die Zwiebel mit Propanthialoxid hungrige Schädlinge in die Flucht – in der Küche bringt sie sie immerhin zum Weinen.

Aber was macht die Zwiebelabwehr in unseren Augen eigentlich zum Reizgas? Juana Gallar erforscht an der Universidad Miguel Hernández de Elche im spanischen Alicante die Neurobiologie des Auges und erklärt es so: »In der Hornhaut des Auges, der Cornea, sitzen jede Menge freie sensorische Nervenendigungen, die Nozizeptoren. Das sind spezialisierte Nervenzellen, mit deren Hilfe wir Schmerz wahrnehmen. Für das Brennen und Jucken in den Augen während des Zwiebelschneidens ist eine bestimmte Art von Nozizeptoren verantwortlich, die so genannten polymodalen Nozizeptoren. Sie sind empfindlich gegenüber mechanischen und chemischen Reizen, reagieren aber auch auf Hitze.«

Bekommen wir Propanthialoxid ins Auge, vermischt es sich mit dem Tränenfilm, der die Hornhaut benetzt, und erreicht so die polymodalen Nozizeptoren. Ionenkanäle dienen den Nozizeptoren als Sensoren: TRPA1 heißt der Ionenkanal-Typ, der die Anwesenheit des tränenreizenden Zwiebelstoffs wahrnehmen soll. »TRPA1 reagiert auf eine Vielzahl chemischer Stoffen, darunter Inhaltsstoffe von Senf, Wasabi, Zimt, Knoblauch oder eben auch Zwiebeln«, sagt Gallar. Die aktivierten Nozizeptoren senden Signale ins Gehirn, wo die Impulse in verschiedene Areale weitergeleitet, ausgewertet und interpretiert werden. Im Hirnstamm wird die Information so verarbeitet, dass zweierlei Befehle zurück ins Auge geschickt werden: Blinzeln verstärken! Vermehrt Tränenflüssigkeit produzieren!

Die Tränen, die wir während des Zwiebelschneidens vergießen, nennt man Reflextränen. Neben ihnen gibt es noch zwei weitere Tränenarten: basale Tränen, also der Tränenfilm, der unsere Auge feucht hält, und emotionale Tränen – die, die wir vergießen, wenn uns einfach zum Heulen ist. Jede Tränenart unterscheidet sich übrigens in ihrer chemischen Zusammensetzung, dem Anteil an Lipiden, Enzymen, Proteinen und Stoffwechselprodukten in der salzigen Tränenflüssigkeit.

Tipps gegen Weinen beim Zwiebelschneiden

Wie lässt sich das Weinen beim Zwiebelschneiden vermeiden? So kommt man trockenen Auges zu geschnittenen Zwiebeln:

  • Der Klassiker unter den Tricks gegen die Heulerei während des Zwiebelschneidens ist die Taucherbrille: Mit dem Unterwasserutensil ist man vor Propanthialoxid und jeder Heulattacke geschützt.
  • Die Zwiebeln kühlen, bevor man sie kaltmacht. Bewahrt man die Zwiebeln etwa eine halbe Stunde im Kühlschrank oder, noch besser, im Gefrierfach auf, bleiben die Augen beim anschließenden Zerkleinern trocken. Warum? Die niedrige Temperatur legt die zwiebeleigenen Enzyme lahm, so dass kein Reizstoff entsteht.
  • Ein durchaus windiger Tipp: Das Zerkleinerungsszenario so einrichten, dass das tränenreizende Gas nicht schnurstracks in die Augen aufsteigen kann. Einige Köche schwören auf Durchzug, der den Strom so ablenkt, dass beim Zwiebelschneiden wortwörtlich nichts ins Auge geht.
  • Wasser marsch! Gegen das Brennen in den Augen hilft es, alle Arbeitsutensilien, wie Küchenbrett und Messer, aber auch die Zwiebel mit Wasser abzuspülen und nicht abzutrocknen. Die ganze Prozedur vor jeder neuen Zwiebel, die geschnitten werden soll, wiederholen. Wer nicht seine ganze Küche wässern möchte, schneidet am besten im Waschbecken. Die Zwiebel lässt sich übrigens auch tränenfrei unter Wasser in Kleinteile zerlegen. Das Wasser verdünnt die Reagenzien der Zwiebel oder beseitigt sie ganz, so dass kein tränenreizendes Gas entsteht.
  • Und zu guter Letzt: Delegieren Sie die unbeliebte Küchenarbeit einfach an jemand anderen, am besten einen Kontaktlinsenträger. Die bringt das Zwiebelschneiden nämlich nicht zum Weinen. Wieso? Das erklärt die Neurowissenschaftlerin Juana Gallar so: »Die aufliegende Sehhilfe ist zugleich eine mechanische Barriere, die den Reizstoff daran hindert, die Hornhaut zu erreichen. Die Kontaktlinse schützt zwar nicht die ganze Oberfläche des Auges, aber einen Großteil und damit die überwiegende Anzahl von Nervenenden. Das genügt, um Tränen zu vermeiden.«

Zugegeben, so richtig bequem ist keiner dieser Tricks. Sich anderweitig vor Tränen beim Zwiebelschneiden schützen, dürfte allerdings mindestens ähnlich aufwändig werden. Aber wie wäre es, das Übel an der Knolle zu packen, also der Zwiebel selbst?

Milde Zwiebelsorten: Kochen ohne Tränen

Denn tatsächlich, milde, tränenfreie Zwiebelsorten existieren durchaus – allerdings findet man sie fast ausschließlich in Übersee. Als besonders augenfreundlich gilt zum Beispiel die Vidalia, eine Zwiebelsorte aus dem US-amerikanischen Georgia. 1990 ernannte man sie auf Grund ihres kommerziellen Erfolgs in Georgia sogar zum offiziellen Staatsgemüse. Die Ursache für ihre Milde ist schnell erklärt. Es sind die schwefelarmen Böden, in denen man die Vidalia anbaut. Der Schwefelmangel macht sich auch in der Zwiebel bemerkbar. Sie besitzt nur wenig von der schwefelhaltigen Aminosäure Isoalliicin – um sie herzustellen, benötigt die Zwiebel Schwefel, den sie dem Boden zieht.

Genug geflennt – Reklame!
Werbung für die erste tränenlose Zwiebel Amerikas.

Weniger Schwefel bedeutet übrigens nicht nur weniger Tränen, sondern auch besseren Atem. Diese Art der Milde hat jedoch auch seine Schattenseiten, denn der Schwefelmangel führt gleichfalls zu weniger der in der Küche so geschätzten »scharfen« Aromastoffe. Genau deshalb fiel die Vidalia in den 1930er Jahren des letzten Jahrhunderts auch auf: durch ihren süßen Geschmack.

Ein richtiges Novum dagegen ist die angeblich tränenlose Zwiebel, die die Firma Bayer 2018 auf den US-amerikanischen Markt gebracht hat. Die Sorte namens (Achtung Wortspiel!) Sunions soll nicht genmanipuliert, sondern aus 30 Jahren herkömmlicher Züchtung und Kreuzung entstanden sein. Bayer lässt sich nicht so recht in die Karten schauen und erklärt die Milde der Zwiebelsorte (etwas undurchsichtig) damit, dass sie mit der Dauer ihrer Lagerung immer milder und süßer werde.

Die Lösung des Problems?
Ein Wiedersehen mit Shinsuke Imai, der stolz und mit vollem Körpereinsatz seine tränenlose Zwiebel präsentiert.

Auch Shinsuke Imai und seine Kollegen sind übrigens am Ball, pardon, der Zwiebel geblieben. Nach Versuchen mit transgenen Zwiebelpflanzen, bei der sie das Enzym LFS zielgerichtet ausschalteten, stellten Imai und Kollegen 2016 eine tränenlose Zwiebelsorte vor, die kaum Alliinase besitzt und die sie aus bestrahltem Saatgut gezüchtet haben. Kritiker beäugen die milden Zwiebeln in etwa so: Sie treiben einem zwar nicht Tränen in die Augen, stimmen die Geschmacksnerven dafür jedoch umso trauriger.

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