پیاز (Onion) از نظر شیمیایی یکی از جالب‌ترین گیاهان خوراکی است، زیرا هنگام بریدن یا له شدن، مجموعه‌ای از واکنش‌های آنزیمی رخ می‌دهد که باعث ایجاد بو، طعم تند و حتی اشک‌ریزش می‌شود.

ترکیب شیمیایی پیاز

عمدتاً از مواد زیر تشکیل شده است ، آب: حدود ۸۹٪ ، کربوهیدرات‌ها: حدود ۹٪ ، پروتئین: حدود ۱٪ ، فیبر غذایی ، ویتامین C ، ویتامین‌های گروه B ، پتاسیم، کلسیم و فسفر  و با نگاهی دیگر باید بدانیم که مهم‌ترین ترکیبات شیمیایی پیاز، ترکیبات گوگرددار هستند.

در سلول‌های سالم این ماده ترکیباتی به نام آلکیل سیستئین سولفوکسیدها وجود دارند.از مهم‌ترین آن‌ها: S-propyl-L-cysteine sulfoxide S-methyl-L-cysteine sulfoxide S-1-propenyl-L-cysteine sulfoxide این مواد به‌تنهایی بوی شدیدی ندارند.

ویژگی های این ماده خوراکی

وقتی آن را خرد می‌کنیم ، دیواره سلول‌ها پاره می‌شود. آنزیم آلیناز (Alliinase) آزاد می‌شود. این آنزیم با ترکیبات گوگرددار واکنش می‌دهد. به طور ساده:سولفوکسیدها + آنزیم آلیناز تبدیل به اسیدهای سولفنیک ، شده  و سپس این اسیدها به ترکیبات فرّار گوگردی تبدیل می‌شوند. همین مواد عامل طعم تند این خوراکی هستند.

 باعث سرازیر شدن اشک می‌شود؟

پس از خرد شدن آن ، اسیدهای سولفنیک به وسیله آنزیم دیگری به نام آنزیم سنتاز عامل اشک‌آور به ماده‌ای به نام عامل اشک آور پیاز syn-propanethial-s-oxid  تبدیل می‌شوند. این ماده فرّار است و به سمت چشم حرکت می‌کند.وقتی به سطح چشم می‌رسد ، ترکیب syn-propanethial-s-oxid به همراه آب ، مقدار کمی سولفوریک اسید و مواد تحریک کننده تولید کرده و باعث تحریک اعصاب چشم می شود و در نتیجه غد اشکی برای شستشوی چشم شروع به تولید اشک می کنند .

عامل ایجاد بوی خاصّ آن چیست ؟ پس از بریدن ، تعدادی ترکیب گوگرددار تولید می‌شود ، مثل دی‌سولفیدها (Disulfides) ، تری‌سولفیدها (Trisulfides)و تیوسولفینات‌ها (Thiosulfinates) و مخصوصاً « دی پروپیل دی سولفید » که این ماده یکی از عوامل اصلی بوی پیاز است.
چرا بوی آن در دهان بعد از خوردن باقی می‌ماند؟ برخی ترکیبات گوگردی جذب خون می‌شوند.سپس از راه ریه‌ها خارج می‌شوند. از راه پوست دفع می‌شوند.به همین علت بوی پیاز ممکن است چندین ساعت باقی بماند.

رنگدانه‌های آن چه ویژگی دارند ؟ در نوع سفید:فلاونوئید کم ، نوع زرد:کوئرستین زیاد و در نوع قرمز که حاوی آنتوسیانین زیاد بوده و این مواد آنتی‌اکسیدان‌های قوی هستند. مهم‌ترین آنتی‌اکسیدان آن کوئرستین (Quercetin) با فرمول مولکولی:​\( C_{15}H_{10}O_{7} \)​که ساختار آن شامل دو حلقه آروماتیک و چند گروه هیدروکسیل (​\( -OH \)​)است. کوئرستین می‌تواند رادیکال‌های آزاد را خنثی کند.
واکنش‌های شیمیایی هنگام سرخ کردن این ماده خوراکی : وقتی سرخ می‌شود ، ابتدا آب تبخیر می‌شود.سپس قندهای موجود در آن وارد واکنش میلارد می‌شوند. به طوری که در جریان این واکنش می توان تبدیل زیر را در نظر گرفت : آمینواسید + قند کاهنده  ، باعث تشکیل ملانوئیدین‌ها می شود که این ماده رنگ قهوه‌ای طلایی پیاز سرخ‌شده را ایجاد می کند .
 کاراملی شدن پیاز در دمای بالاتر : قندها تجزیه می‌شوند. و ساکارز، گلوکز و فروکتوز موجود در آن تبدیل به ترکیبات معطر ، فوران‌ها و کاراملان‌ها می شود . و پیاز کاراملی‌شده طعمی شیرین پیدا می‌کند.

چرا پیاز خام از پیاز پخته تندتر است؟ در اثر حرارت ، آنزیم آلیناز غیرفعال می‌شود و ترکیبات تند گوگردی تجزیه می‌شوند.بنابراین پیاز خام (تند) وپیاز پخته ،  شیرین‌تر و ملایم‌تر خواهد شد .

تفاوت شیمیایی پیاز و سیر(Garlic ) را بررسی کنیم ، سیر و پیاز هر دو از خانواده آلیوم هستند.در سیر آلئین (Alliin)توسط آنزیم آلیناز به آلیسین (Allicin) تبدیل می‌شود.آلیسین عامل اصلی بوی شدید سیر است. در حالی که در پیاز ماده اشک‌آور اصلی( syn-propanethial-s-oxid ) است.

برخی مواد مهم موجود در پیاز : آب (​\( H_{2}O \)​) ، گلوکز(​\( C_{6}H_{12}O_{6} \)​) ، فروکتوز(​\( C_{6}H_{12}O_{6} \)​) ، ساکارز (​\( C_{12}H_{22}O_{11} \)​) ، کوئرستین(​\( C_{15}H_{10}O_{7} \)​) و دی پروپیل دی سولفید (​\( C_{6}H_{14}S_{2} \)​) است .

پیازهای زرد معمولاً بیشترین مقدار ترکیبات گوگردی را دارند.  نگهداری پیاز در یخچال سرعت واکنش‌های آنزیمی را کاهش می‌دهد و هنگام خرد کردن اشک کمتری ایجاد می‌شود.بریدن پیاز زیر آب باعث حل شدن بخشی از مواد فرّار گوگردی می‌شود. بیش از ۱۰۰ ترکیب گوگرددار مختلف در پیاز شناسایی شده است.بسیاری از عطرهای خوشایند پیاز سرخ‌شده حاصل ترکیب واکنش میلارد و کاراملی‌شدن قندها هستند.

کوئرستین چیست ؟ نوعی فلاونوئید است که خواص بیولوژیکی دارد و ممکن است عملکرد جسمی و ذهنی را بهبود ببخشد. نشان داده شده که این ترکیب خواص ضدسرطانی، ضدالتهابی، ضدویروسی و آنتی‌اکسیدانی دارد. کوئرستین فراوان‌ترین فلاونوئید موجود در رژیم غذایی انسان‌ها به شمار می‌رود. این ترکیب با رادیکال‌های آزاد مبارزه کرده و از بسیاری از بیماری‌ها پیشگیری می‌کند. کوئرستین در جلوگیری از بیماری قلبی و عروقی، سرطان، آلرژی‌ها، زخم‌ها و سایر مشکلات گوارشی و بیماری‌های میکروبی اثرگذار است. بیشتر فواید کوئرستین توسط مطالعات و تحقیقات مختلف تأیید شده‌اند‌.

پیاز یک کارخانه طبیعی تولید ترکیبات گوگردی است .

پیاز از خانواده آلیوم‌ها (Allium) است. ویژگی شیمیایی اصلی این خانواده، توانایی جذب یون سولفات (​\( SO_{4}^{2-} \)​) از خاک و تبدیل آن به ترکیبات آلی گوگرددار است.می توان مسیر کلی این تبدیلات را به این صورت نشان داد :یون سولفات – سیستئین – مشتقات سیستئین و سولفوکسیدهای گوگرد دار نشان داد.بنابراین بوی پیاز در واقع از شیمی گوگرد سرچشمه می‌گیرد.

بمب شیمیایی پیاز هنگام خرد شدن : پس از برش R–CH(NH₂)–COOH–S(O)–R′ توسط آلیناز شکسته می‌شود. و محصولات اولیه آن آمونیاک (​\( NH_{3} \)​)، پیروات (Pyruvate)و اسیدهای سولفنیک (RSOH)است .پیروات یکی از مهم‌ترین شاخص‌های آزمایشگاهی سنجش تندی پیاز است.هرچه مقدار پیروات بیشتر باشد، پیاز تندتر است. شیمی عامل اشک‌آور به این طریق است که در بیشتر گیاهان، اسیدهای سولفنیک ناپایدارند و سریع به دی‌سولفیدها تبدیل می‌شوند.

چرا پیازهای مختلف تندی متفاوت دارند؟ مقدار ترکیبات گوگردی تابع عوامل زیر است:مقدار گوگرد خاک ، دمای رشد ، میزان آبیاری و ژنتیک گیاه . پیازهایی که در خاک‌های غنی از گوگرد رشد می‌کنند دارای بوی بیشتر و تندی بیشتر و غلظت بالاتر سولفوکسیدها هستند . بسیاری از واکنش‌های گوگردی پیاز ، خودبه‌خودی و گرماده هستند . علت آن پایداری بیشتر پیوندهای S–S نسبت به بسیاری از واسطه‌های اولیه است.

در نتیجه پس از تشکیل اسیدهای سولفنیک، سامانه به سمت تولید دی‌سولفیدها و تری‌سولفیدها پیش می‌رود.

اگر بخواهیم شیمی بوی پیاز را بررسی کنیم ، بوی پیاز حاصل یک ماده واحد نیست.بیش از صد ترکیب فرّار شناسایی شده‌اند. که از مهم‌ترین آنها می توان دی پروپیل سولفید ، متیل پروپیل سولفید و دی پروپیل تری سولفید و تیوفن و سولفوکسید ها را نام برد .که ترکیب و اختلاط این مواد بوی نهایی پیاز را ایجاد می کند .  کوئرستین موجود در  پیاز می تواند رادیکال‌های آزاد ROO. و OH. را خنثی کند تا جایی که می توانیم مکانیسم این واکنش را به صورت : ​\( ArOH+ROO. \xrightarrow{\hspace{1cm}}ArO.+ROOH \)​نشان دهیم . در این واکنش ، رادیکال آزاد پایدارتر شده و از میزان فعالیت تخریبی آن کاسته می شود .

نقش pH در شیمی پیاز ، بافت پیاز دارای pH حدود ۵ تا ۵٫۸ است. در محیط اسیدی فعالیت برخی آنزیم‌ها کاهش می‌یابد و تولید مواد گوگردی کمتر می‌شود. به همین دلیل افزودن آبلیمو می‌تواند تا حدی تندی پیاز را کم کند. پیاز قرمز دارای رنگدانه‌های آنتوسیانینی است. که مهم ترین آنها : سیانیدین -3- گلوکوزید  ، سیانیدین-4- گلوکوزید است . این رنگدانه ها نسبت به pH حساس هستند به طوری که در محیط اسیدی قرمز و در محیط خنثی بنفش و در محیط بازی ، متمایل به آبی است . از طرفی پیاز دارای ترکیبات فنولی دارای حلقۀ آروماتیک و گروه های هیدروکسیل است .

چرا پیاز هنگام نگهداری جوانه می‌زند؟  در زمانی که پیاز را انبار می کنیم ، نشاسته و فروکتان‌ها به قندهای ساده تبدیل می‌شوند. که این قندها انرژی لازم برای جوانه‌زنی را فراهم می‌کنند.

​\( (C_{6}H_{10}O_{5})_{n}(s)+H_{2}O(l)\xrightarrow[hydrolis]{\hspace{1cm}}n(C_{6}H_{12}O_{6}) \)​

شیمی فروکتان‌های پیاز ، برخلاف تصور عمومی، بخش مهمی از کربوهیدرات پیاز ساکارز نیست. پیاز حاوی فروکتان‌ها است.فروکتان در واقع پلیمر فروکتوز می‌باشد.–Fru–Fru–Fru–…این مواد در ریشه و پیازچه نقش ذخیره انرژی دارند.از ترکیبات معدنی مهم پیاز می توان یون های زیر را نام برد که دراین میان پتاسیم فراوان ترین کاتیون معدنی است . ​\( K^{+} , Mg^{2+}, Ca^{2+}, PO_{4}^{3-} , SO_{4}^{2-} \)​

در دمای حدود ۱۴۰ تا ۱۸۰ درجه سانتی‌گراد که آن را می پزیم ، سه فرآیند همزمان رخ می‌دهد ، واکنش میلارد ، کاراملی شدن قندها ، تجزیه ترکیبات گوگردی که در نتیجه آن موادی مانندفورفورال ، هیدروکسی‌متیل‌فورفورال (HMF) ، پیرازین‌ها و تیوفن‌ها تشکیل می شود که این مواد مسئول عطر بسیار خوشایند پیاز سرخ‌شده هستند.

مقایسه شیمیایی پیاز خام و سرخ‌شده

ویژگی	پیاز خام	پیاز سرخ‌شده
سولفوکسیدها	زیاد	کم
عامل اشک‌آور	زیاد	تقریباً صفر
کوئرستین	زیاد	نسبتاً پایدار
تیوفن‌ها	کم	زیاد
پیرازین‌ها	ناچیز	زیاد
عطر کاراملی	ندارد	زیاد

 ترکیبات گوگردی پیاز در اصل برای انسان ساخته نشده‌اند. نقش اصلی آنها دفاع در برابر حشرات ، قارچ‌ها ، باکتری‌ها و علف‌خواران است. وقتی بافت پیاز آسیب می‌بیند، در کمتر از چند ثانیه یک «واکنش شیمیایی دفاعی» فعال می‌شود.در واقع اشک ریختن انسان نتیجه فعال شدن سامانه دفاعی گیاه است.

پوسته‌های دورریز پیاز سرشار از کوئرستین ، لیگنین و سلولز هستند. امروزه از ضایعات پیاز برای تولید نانوذرات نقره ، رنگ‌های طبیعی

جاذب‌های زیستی ، آنتی‌اکسیدان‌های صنعتی استفاده می‌شود.

منشأ عنصر گوگرد در پیاز ، گوگرد موجود در پیاز از خاک جذب می‌شود.ریشه‌ها یون سولفات را جذب می‌کنند ، و در ادامه یون سولفات به یون سولفید کاهش می یابد .​\( SO_{4}^{2-}\to SO_{3}^{2-}\to S^{2-} \)​ و در نهایت وارد ساختار اسید آمینه سیستئین می شود که این فرایند بخشی از چرخه گوگرد در طبیعت است.

چرا پیاز یخ‌زده کمتر اشک‌آور است؟ در دماهای پایین ، نفوذ مولکولی کاهش می‌یابد.سرعت آنزیم آلیناز کم می‌شود.فراریت مواد گوگردی کاهش می‌یابد.بر اساس معادله آرنیوس : ​\( K=A.e^{\frac{-E_{a}}{R.T}} \)​با کاهش دما، ثابت سرعت واکنش کم می‌شود.به همین علت پیاز سرد کمتر چشم را تحریک می‌کند.

اگر پیاز خرد شده مدت زیادی در هوا بماند ، ترکیبات فنولی آن اکسید می‌شوند. این واکنش شبیه قهوه‌ای شدن سیب است، هرچند شدت آن در پیاز کمتر است.

چرا پیاز شیرین می‌شود؟ پیاز دارای فروکتان‌ها است.که  در طول نگهداری، فروکتان‌ها به فروکتوز تبدیل می‌شوند. فروکتوز تقریباً دو برابر شیرین‌تر از گلوکز است.بنابراین پیازهای انبارشده معمولاً شیرین‌تر هستند. در محیط قلیایی برخی رنگدانه‌ها ناپایدار می‌شوند. سرعت واکنش میلارد افزایش می‌یابد.به همین علت افزودن مقدار کمی جوش شیرین باعث قهوه‌ای شدن سریع‌تر پیاز می‌شود. که البته طعم آن را نیز تغییر می‌دهد.