探究影响菠萝蛋白酶活性的条件

狄 荻 周咏新 张新烨 杨彩云

（对外经济贸易大学附属中学 北京 100102）

菠萝是一种常见的热带水果，因其酸甜多汁，食用可促进消化、清理肠胃而广受欢迎。但人们在食用菠萝的过程中，常会感到嘴巴刺痛，这是因为菠萝含有一种称为菠萝蛋白酶的物质，菠萝蛋白酶可分解蛋白质，使其变为小分子多肽或者氨基酸，将菠萝放入口中时，蛋白酶就会分解口腔中脆弱的黏膜，从而产生微微的痛感。

菠萝蛋白酶是一种普遍存在于菠萝植株中的浅黄色蛋白水解酶，在菠萝的果、茎、叶中均有分布，不同部位的菠萝蛋白酶性质有差异。菠萝蛋白酶在食品、医药等方面都具有广泛的应用，在食品工业中可作为一种食品添加剂，使肉类嫩化、啤酒澄清；在医药中，可治疗水肿及多种炎症［1］。

生活中，人们常用淡盐水浸泡菠萝之后再食用，盐水浸泡过的菠萝既使麻木蜇痛感消失了，又保留了其原来的风味。盐水浸泡菠萝是否使菠萝蛋白酶活性降低而不“蜇嘴”？因此，笔者探究了不同NaCl 浓度对菠萝蛋白酶活性的影响。作为有活性的蛋白质，菠萝蛋白酶容易受到温度、pH 值等的影响，因此，同时探索了影响菠萝蛋白酶的温度和pH 值，以指导生活中新鲜菠萝的食用。

1 材料与方法

1.1 实验材料 0.6%酪蛋白、0.4 mol／L 三氯乙酸、10 mg／mL 菠萝蛋白酶（购自北京科奥生物科技有限公司）、0.1 mol／L 氢氧化钠、0.4 mol／L 碳酸钠溶液、福林酚试剂、磷酸缓冲液、盐酸、烧杯、试管、试管架、离心管、离心机、分光光度计、电子天平、恒温水浴锅、一次性手套。

1.2 实验步骤

1）NaCl 溶液浓度对菠萝蛋白酶活性的影响。设置NaCl 溶液浓度分别为3.5%、7%、10.5%，每个NaCl 浓度下设置3 组平行实验组和1 组对照组。菠萝酶及酪蛋白分别在不同NaCl 溶液浓度中处理10 min 后测量菠萝蛋白酶的活性（方法见步骤4）。

2）pH 值对菠萝蛋白酶活性的影响。设置pH值为3、5、7、9、11，每个pH 值下设置3 组平行实验组和1 组对照组。菠萝酶及酪蛋白分别在不同pH 的缓冲液中处理10 min 后测量菠萝蛋白酶的活性（方法见步骤4）。

3）温度对菠萝蛋白酶活性的影响。设置温度为0℃、20℃、40℃、60℃、80℃、100℃，每个温度下设置3组平行实验组和1 组对照组。对照组溶液混合顺序为：1 mL 菠萝蛋白酶溶液在对应温度保温2 min后，将3 mL 三氯乙酸加入菠萝蛋白酶溶液中，即将菠萝蛋白酶沉淀，继续保温10 min 后加入1 mL 酪蛋白，继续保温10 min。实验组溶液混合顺序为：1 mL 菠萝蛋白酶溶液在对应温度保温2 min 后，将酪蛋白加入菠萝蛋白酶溶液中，继续保温10 min后加入3 mL 三氯乙酸，使蛋白质沉淀，继续保温10 min 使反应彻底终止。对实验组和对照组进行离心，取上清液，测量其菠萝蛋白酶活性。

4）菠萝蛋白酶活性测定。本研究中菠萝蛋白酶活性测定方法在前人研究的基础上有所改进［1］。将前3 组实验后的溶液分别用加样器吸取上清1 mL 加入装有5 mL 碳酸钠溶液的试管中，再分别加入1 mL 福林酚，之后放入冷水中，上清液置于700 nm 波长下测定吸光值A。

2 实验结果和讨论

1）不同NaCl 浓度对菠萝酶活性的影响见表1和图1。从图1中分析发现，随着NaCl 浓度的增加，菠萝蛋白酶活性在逐渐减低。但是NaCl 浓度是抑制菠萝蛋白酶的活性，还是能破坏菠萝蛋白酶的空间结构而使其失活，需要进一步研究（由于实验条件所限，本文未进行深入探究）。

表1 不同NaCl 浓度对菠萝酶活性（吸光值）的影响

图1 不同NaCl 浓度对菠萝酶活性的影响

2）不同pH 值对菠萝酶活性的影响见表2和图2。从图2中可知，本研究所用的菠萝蛋白酶的最适pH 值约为7 左右，pH 值偏酸或偏碱都会影响菠萝蛋白酶的活性，当pH 值为11 时，菠萝蛋白酶的活性基本为零。由于菠萝蛋白酶的底物酪蛋白的等电点在4 左右，在探究不同pH 值对菠萝蛋白酶活性影响实验中，酪蛋白在pH＝3 时沉淀，导致菠萝蛋白酶底物浓度不准确，因此本实验只探究了pH＝5 以上对菠萝蛋白酶活性。

表2 不同pH 值对菠萝酶活性（吸光值）的影响

图2 不同pH 值对菠萝酶活性的影响

3）不同温度对菠萝酶活性的影响见表3和图3。从图3中分析发现，菠萝蛋白酶的最适温度为40℃左右，温度过高或过低都会影响菠萝蛋白酶的活性。

表3 不同温度对菠萝酶活性（吸光值）的影响

图3 不同温度对菠萝酶活性的影响

但是高温、低温及过酸、过碱对菠萝蛋白酶活性影响的本质是否相同？需要将高温、低温及过酸、过碱处理过的菠萝蛋白酶置于最适温度和最适pH值下进行酶活性的测定，观察其活性是否能恢复。因此，本研究进行了进一步的探索，结果如图4。

图4 高温、低温及过酸、过碱对菠萝蛋白酶活性影响的本质

实验结果表明：高温及pH 值为11 处理过的菠萝蛋白酶，其酶活力与空白组的酶活力颜色一致，说明高温及pH 值为11 使菠萝蛋白酶空间结构改变从而使酶失活。而0℃处理的菠萝蛋白酶活性放置在适宜温度下仍有活性，且其颜色与未处理组（图中对照组）相当，说明低温只是抑制菠萝蛋白酶的活性，当放置到适合温度时，其活性可恢复。当pH 值为3 时，菠萝蛋白酶活性并未失活，这是由于菠萝汁的pH 值为在4 左右［2］，使菠萝蛋白酶具有较好的耐酸性，能耐受pH 值为3的酸度。当pH 值为1 时，菠萝蛋白酶的酶活力与空白组的酶活力颜色一致，表明菠萝蛋白酶在pH值为1 时，已经完全失去活性。

因此，在平时吃菠萝时可用热水、适当的盐水浸泡食用，加食醋或小苏打也可降低菠萝蛋白酶的活性从而减小菠萝“蛰嘴”的幅度，但加入食醋或小苏打是否破坏其他营养成分不得而知，加盐水可能是最合适的方法。