菠蘿蛋白酶在食品工業中的應用

汪師帥

摘要：菠蘿蛋白酶在食品中應用廣泛，如在在肉品的嫩化，啤酒、酸豆乳、明膠、魚露等生產。基于國內現狀，對菠蘿蛋白酶的產業開發作出進一步的展望。

關鍵詞：菠蘿蛋白酶；性質；應用

菠蘿蛋白酶屬于巰基蛋白酶，是從菠蘿植株中提取的一類蛋白水解酶的總稱。根據分離提取部位的不同，分為果菠蘿蛋白酶和莖菠蘿蛋白酶兩種。1891年，Chittenden等首先用硫酸銨沉淀法從菠蘿果實中分離出了果菠蘿蛋白酶。因其水解蛋白具有較高的生物活性，且隨著提取純化技術不斷進步，逐步實現了商品化的生產，并在食品加工業得到了廣泛的應用。

1菠蘿蛋白酶的結構與性質

菠蘿蛋白酶是由多種不同分子量和分子結構的酶所組成的酶系，其中至少包含了5種蛋白水解酶。除此之外，有的還含有酸性磷酸酶、過氧化物酶、淀粉酶、纖維素酶、其它糖苷酶及非蛋白物質[21]。

菠蘿蛋白酶是一種糖蛋白，分子結構中含有一個寡糖分子，由木糖、巖藻糖、甘露糖和N—乙酰葡萄糖胺組成。Yasuda等研究表明，菠蘿蛋白酶分子結構中糖蛋白不是催化的必需基團，而是所含肽鏈中的巰基。陳清西等研究認為：羧基和羥基與酶活性無關，而氨基、巰基、色氨酸殘基和組氨酸殘基是酶催化活性的必需基團[15]。

菠蘿蛋白酶的分子量為30000—33000，等電點為9.55，酶液的最大吸收波長為280nm。因其由多種酶分子構成，故在催化底物上具有多樣性。它能分解蛋白質、肽、脂和酰胺，其水解蛋白的活性較木瓜蛋白酶高10倍以上。

2在食品工業中的應用

2.1在肉質嫩化中的應用

肌肉嫩度主要是由肌肉蛋白質分子間的作用力決定的。這種作用力主要包括肌蛋白的溶脹性、解離度和吸水能力。外源酶使肉品成熟嫩化的主要原因是肌原纖維蛋白和與其相關蛋白的降解，包括肌原纖維間接連接蛋白和內連接蛋白，肌原纖維連接到肌膜的蛋白，連接肌細胞到肌膜的蛋白，這些蛋白都維持了肌原纖維的完整性。菠蘿蛋白酶可直接與肌纖維蛋白作用，水解肌纖維蛋白和結締組織，使蛋白降解成為小分子的多肽甚至氨基酸，令肌肉肌絲和筋腰絲斷裂，使肉類變得嫩滑，并簡化蛋白質結構使人體食用后易于消化吸收。

黃業傳等[8]為了進一步提高牛肉嫩化效果，分別進行不同的菠蘿汁添加量、處理時間、溫度和pH值對牛肉的嫩化效果實驗，研究上述條件對牛肉剪切力的影響。確定最佳工藝為：菠蘿汁濃度6%、時間60min、溫度50℃、pH7，在此條件下，牛肉的剪切力可降低50%左右，且不會對產品的色澤造成不良影響。

黃效海[6]發現CaCl2、菠蘿蛋白酶和復合磷酸鹽對提高牦牛肉的嫩度是有效的，其最佳濃度依次分別為3.0%、0.01%和0.4%，嫩化時間為15min，嫩化溫度為7℃。

汪學榮等人[18]發現菠蘿蛋白酶，CaCl2，抗壞血酸鈉的添加可以使牛肉干得到嫩化，其最佳配比為菠蘿蛋白酶1.5%，CaCl23.0%，抗壞血酸鈉0.69g/kg。同時干燥溫度和時間，以及保溫劑對牛肉干的嫩化效果有一定影響，較適的干燥條件為干燥溫度70℃，干燥時間6.5h，較適的甘油添加量為3%。

蛋白質纖維結構的打開是改善牛肉嫩度的關鍵，以傳統的嫩化手段處理牛肉，隨著分子結構力的變小，肌肉的失水率增大，系水力變小，水活度增大，加工性能變差。段茂華等人[4]發現通過轉谷氨酰胺酶的交聯作用對牛肉原料進行二次處理，則彌補了這些缺陷，可以使肌肉組織的保水性增強、質構強度增大、嫩度維持較好水平，這對于改善產品的適口性、成型性有一定的指導作用。以負重值、剪切力、系水力為主要檢測指標，確定最佳的工藝條件為：菠蘿蛋白酶0.4%，轉谷氨酰胺酶6ug，時間1h，溫度50℃，pH7.5。

2.2在啤酒生產中的應用

蛋白酶能分解麥芽中高分子蛋白質為中低分子的蛋白質、氨基酸與肽，為酵母提供營養成份，并對啤酒泡沫的形成、持泡性、啤酒的香氣和風味以及啤酒的非生物穩定性有十分重要的作用。當輔料添加超過30%時，麥汁中的α—氨基酸明顯不足，不能使酵母正常生長發育，從而降低發酵能力，使雙乙酞含量升高，導致啤酒發酵周期延長。向麥汁中添加適量的中性蛋白酶，可以解決這些問題。啤酒的冷渾濁是由聚合的多酚物質與蛋白質緩慢結合導致的，這種現象主要形成于發酵后期階段。蛋白酶除了用于分解高分子蛋白質外，也可用來防止啤酒的冷渾濁。添加蛋白酶可以分解蛋白質或改變其電性，使之不與多酚物質結合，有效地防止了冷渾濁，從而提高了啤酒的非生物穩定性[9]。

2.3在啤酒廢酵母多肽中的應用

啤酒廢酵母多肽是利用啤酒廢酵母中所含的豐富蛋白質，經過自溶、酶解精制以后得到的一類多肽。這些小分子肽不僅能提供人體生長、發育所需的營養物質與能量，而且還具有防病治病、調節人體生理機能的功能。它是以啤酒廢酵母為原料，經菠蘿蛋白酶酶解、分離、純化、干燥等工序制得啤酒廢酵母活性肽。吳鑫穎等[19]通過單因素及響應面試驗分析確定了菠蘿蛋白酶對廢酵母的最佳酶解條件：酶解溫度40.61℃，pH6.58，酶用量2.62%（w/w）。

2.4在大豆濃縮蛋白工藝上的應用

大豆濃縮蛋白是用高質量的豆粕除去水溶性或醇溶性非蛋白部分后，所制得的含有70%左右蛋白質的大豆蛋白產品。它具有高凝膠性、乳化性或高分散性，大大提高了綜合利用率，降低了生產成本，廣泛應用在肉加工食品、烘焙食品、冰激凌、糖果和飲料的生產中。

馬宇翔等[16]用菠蘿蛋白酶對醇法大豆濃縮蛋白進行酶法改性，提高醇法大豆濃縮蛋白的溶解性，確定酶解的最佳條件為pH6.5，反應溫度48℃，底物濃度6%，加酶量607U/g。該法條件溫和，效率高，不破壞氨基酸結構，產生有害物質的可能性小，安全性高。另外水解產物是小分子肽和氨基酸，易為人體消化吸收，也更適于食品加工領域的應用。

白志明等[1]利用日本產的菠蘿蛋白酶水解大豆蛋白的最佳工藝條件為：底物濃度9%、酶解溫度50℃、攪拌速度50rpm、酶水解時間6h。

2.5在酸豆乳生產上的應用

顧仁勇等[5]利用菠蘿汁中所含蛋白水解酶將豆乳中的蛋白質部分水解為功能性多肽，再添加乳酸菌發酵劑制成酸豆乳。酶解條件優選采用L9（34）正交實驗法，以蛋白質水解度為評價指標，確定最佳酶解條件為：菠蘿汁用量15%，pH7.0，溫度45℃，時間70min。

2.6在水解明膠生產上的應用

明膠是由動物的皮和骨提煉出來的一種膠原蛋白。水解明膠是明膠的深加工產品，其化學組成與明膠基本相同，都是由18種以上的氨基酸組成。水解明膠是膠原蛋白經酶（酸或堿）水解的產物，添加在食品中，起增稠和乳化作用，并增加食品中容易消化吸收的含量，具有食療作用，促進體內粘膜愈合，提高血相，對全血減少性出血也有顯著療效。黃雅欽[7]等利用酶組合技術，將菠蘿蛋白酶與ASl.398中性蛋白酶共同水解膠原蛋白，得到了分子量小、分布窄的水解明膠。張立萍[22]以明膠為原料采用菠蘿蛋白酶酶法生產水解明膠，并確定最佳工藝條件為：膠液質量含量15%，加酶量為干膠量的0.5%一1%（酶的活力為20萬—40萬），溶液的pH值為4.0—4.5，酶解溫度為40℃一45℃，酶解時間1.5h—2h。

2.7在干酪生產上的應用

Mozzarella干酪是一種起源于意大利南部地區、采用揉捏拉伸的特殊工藝加工的高檔奶酪制品。蛋白酶是制造干酪過程中起凝乳作用的關鍵性酶，同時蛋白酶對干酪的質構形成及干酪特有風味的形成具有重要作用，是干酪生產中應控制的主要技術指標之一。在Mozzarella干酪的加工中，通常添加小牛皺胃酶來裂解酪蛋白的肽鍵，促進凝乳，影響干酪的質地和風味。近年來，由于世界干酪產量逐年增加，而小牛宰殺有限，因此小牛皺胃酶資源越來越短缺，菠蘿蛋白酶成為凝乳酶的替代品。根據凝乳時間、凝膠的硬度和粘度選出菠蘿蛋白酶作為大豆干酪生產用酶，采用四因素四水平的正交試驗，根據凝膠的硬度和粘度確定了菠蘿蛋白酶的添加量為0.01%、氯化鈣添加量為0.01%、保溫時間為30min、保溫溫度為60℃[14]。

2.8在魚露生產上的應用

魚露是一種傳統的調味品，味道鮮美。它是魚蛋白的自溶品，含有18種以上的氨基酸，其中7種是人體所必需的氨基酸，還有有機酸、醇、酯以及人體新陳代謝所必需的微量元素，與其他調味品相比具有很好的營養價值。工業上常采用55℃先使菠蘿蛋白酶在低鹽條件下水解，然后補足鹽量的自溶發酵方法，制得的魚露口感純正，保證了應有的營養價值[12]。

2.9在羅非魚魚皮膠原蛋白酶解液制備中的應用

以羅非魚（Oreochromisniloticus）魚皮為原料，降解魚皮膠原蛋白，制備具有降血壓作用的活性肽。陳勝軍[3]等通過正交試驗確定了菠蘿蛋白酶和Alcalase2.4L蛋白酶單獨水解魚皮膠原蛋白的最適酶解條件。菠蘿蛋白酶和Alcalase2.4L蛋白酶的最適酶解溫度、pH、酶/底物、時間、底物濃度分別為45℃、pH4.5、4000U/g、4h、6%和55℃、pH7.5、6000U/g、2h、4%。在單酶水解的基礎上進行復合酶水解實驗。結果表明先采用菠蘿蛋白酶水解，再用Alcalase2.4L蛋白酶水解，效果更佳。這為羅非魚加工廢棄物的高值化綜合利用提供理論指導與實驗基礎。

結語：就目前情況來看，菠蘿蛋白酶在食品各行業中的應用越來越受到重視。但菠蘿蛋白酶的生產還未能滿足巨大的需求。因此，我們對菠蘿蛋白酶的分離純化技術需進行深入研究，提取高質量的菠蘿蛋白酶具有重大的實用價值。為了生產中獲取具有最大酶活力的產品，最大限度的達到酶活、實現產量與成本的平衡，可以同時使用幾種提取方法，并尋取幾種方法的最優組合。

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