探究影響菠蘿蛋白酶活性的條件

狄 荻 周詠新 張新燁 楊彩云

（對外經濟貿易大學附屬中學 北京 100102）

菠蘿是一種常見的熱帶水果，因其酸甜多汁，食用可促進消化、清理腸胃而廣受歡迎。但人們在食用菠蘿的過程中，常會感到嘴巴刺痛，這是因為菠蘿含有一種稱為菠蘿蛋白酶的物質，菠蘿蛋白酶可分解蛋白質，使其變為小分子多肽或者氨基酸，將菠蘿放入口中時，蛋白酶就會分解口腔中脆弱的黏膜，從而產生微微的痛感。

菠蘿蛋白酶是一種普遍存在于菠蘿植株中的淺黃色蛋白水解酶，在菠蘿的果、莖、葉中均有分布，不同部位的菠蘿蛋白酶性質有差異。菠蘿蛋白酶在食品、醫藥等方面都具有廣泛的應用，在食品工業中可作為一種食品添加劑，使肉類嫩化、啤酒澄清；在醫藥中，可治療水腫及多種炎癥［1］。

生活中，人們常用淡鹽水浸泡菠蘿之后再食用，鹽水浸泡過的菠蘿既使麻木蜇痛感消失了，又保留了其原來的風味。鹽水浸泡菠蘿是否使菠蘿蛋白酶活性降低而不“蜇嘴”？因此，筆者探究了不同NaCl 濃度對菠蘿蛋白酶活性的影響。作為有活性的蛋白質，菠蘿蛋白酶容易受到溫度、pH 值等的影響，因此，同時探索了影響菠蘿蛋白酶的溫度和pH 值，以指導生活中新鮮菠蘿的食用。

1 材料與方法

1.1 實驗材料 0.6%酪蛋白、0.4 mol／L 三氯乙酸、10 mg／mL 菠蘿蛋白酶（購自北京科奧生物科技有限公司）、0.1 mol／L 氫氧化鈉、0.4 mol／L 碳酸鈉溶液、福林酚試劑、磷酸緩沖液、鹽酸、燒杯、試管、試管架、離心管、離心機、分光光度計、電子天平、恒溫水浴鍋、一次性手套。

1.2 實驗步驟

1）NaCl 溶液濃度對菠蘿蛋白酶活性的影響。設置NaCl 溶液濃度分別為3.5%、7%、10.5%，每個NaCl 濃度下設置3 組平行實驗組和1 組對照組。菠蘿酶及酪蛋白分別在不同NaCl 溶液濃度中處理10 min 后測量菠蘿蛋白酶的活性（方法見步驟4）。

2）pH 值對菠蘿蛋白酶活性的影響。設置pH值為3、5、7、9、11，每個pH 值下設置3 組平行實驗組和1 組對照組。菠蘿酶及酪蛋白分別在不同pH 的緩沖液中處理10 min 后測量菠蘿蛋白酶的活性（方法見步驟4）。

3）溫度對菠蘿蛋白酶活性的影響。設置溫度為0℃、20℃、40℃、60℃、80℃、100℃，每個溫度下設置3組平行實驗組和1 組對照組。對照組溶液混合順序為：1 mL 菠蘿蛋白酶溶液在對應溫度保溫2 min后，將3 mL 三氯乙酸加入菠蘿蛋白酶溶液中，即將菠蘿蛋白酶沉淀，繼續保溫10 min 后加入1 mL 酪蛋白，繼續保溫10 min。實驗組溶液混合順序為：1 mL 菠蘿蛋白酶溶液在對應溫度保溫2 min 后，將酪蛋白加入菠蘿蛋白酶溶液中，繼續保溫10 min后加入3 mL 三氯乙酸，使蛋白質沉淀，繼續保溫10 min 使反應徹底終止。對實驗組和對照組進行離心，取上清液，測量其菠蘿蛋白酶活性。

4）菠蘿蛋白酶活性測定。本研究中菠蘿蛋白酶活性測定方法在前人研究的基礎上有所改進［1］。將前3 組實驗后的溶液分別用加樣器吸取上清1 mL 加入裝有5 mL 碳酸鈉溶液的試管中，再分別加入1 mL 福林酚，之后放入冷水中，上清液置于700 nm 波長下測定吸光值A。

2 實驗結果和討論

1）不同NaCl 濃度對菠蘿酶活性的影響見表1和圖1。從圖1中分析發現，隨著NaCl 濃度的增加，菠蘿蛋白酶活性在逐漸減低。但是NaCl 濃度是抑制菠蘿蛋白酶的活性，還是能破壞菠蘿蛋白酶的空間結構而使其失活，需要進一步研究（由于實驗條件所限，本文未進行深入探究）。

表1 不同NaCl 濃度對菠蘿酶活性（吸光值）的影響

圖1 不同NaCl 濃度對菠蘿酶活性的影響

2）不同pH 值對菠蘿酶活性的影響見表2和圖2。從圖2中可知，本研究所用的菠蘿蛋白酶的最適pH 值約為7 左右，pH 值偏酸或偏堿都會影響菠蘿蛋白酶的活性，當pH 值為11 時，菠蘿蛋白酶的活性基本為零。由于菠蘿蛋白酶的底物酪蛋白的等電點在4 左右，在探究不同pH 值對菠蘿蛋白酶活性影響實驗中，酪蛋白在pH＝3 時沉淀，導致菠蘿蛋白酶底物濃度不準確，因此本實驗只探究了pH＝5 以上對菠蘿蛋白酶活性。

表2 不同pH 值對菠蘿酶活性（吸光值）的影響

圖2 不同pH 值對菠蘿酶活性的影響

3）不同溫度對菠蘿酶活性的影響見表3和圖3。從圖3中分析發現，菠蘿蛋白酶的最適溫度為40℃左右，溫度過高或過低都會影響菠蘿蛋白酶的活性。

表3 不同溫度對菠蘿酶活性（吸光值）的影響

圖3 不同溫度對菠蘿酶活性的影響

但是高溫、低溫及過酸、過堿對菠蘿蛋白酶活性影響的本質是否相同？需要將高溫、低溫及過酸、過堿處理過的菠蘿蛋白酶置于最適溫度和最適pH值下進行酶活性的測定，觀察其活性是否能恢復。因此，本研究進行了進一步的探索，結果如圖4。

圖4 高溫、低溫及過酸、過堿對菠蘿蛋白酶活性影響的本質

實驗結果表明：高溫及pH 值為11 處理過的菠蘿蛋白酶，其酶活力與空白組的酶活力顏色一致，說明高溫及pH 值為11 使菠蘿蛋白酶空間結構改變從而使酶失活。而0℃處理的菠蘿蛋白酶活性放置在適宜溫度下仍有活性，且其顏色與未處理組（圖中對照組）相當，說明低溫只是抑制菠蘿蛋白酶的活性，當放置到適合溫度時，其活性可恢復。當pH 值為3 時，菠蘿蛋白酶活性并未失活，這是由于菠蘿汁的pH 值為在4 左右［2］，使菠蘿蛋白酶具有較好的耐酸性，能耐受pH 值為3的酸度。當pH 值為1 時，菠蘿蛋白酶的酶活力與空白組的酶活力顏色一致，表明菠蘿蛋白酶在pH值為1 時，已經完全失去活性。

因此，在平時吃菠蘿時可用熱水、適當的鹽水浸泡食用，加食醋或小蘇打也可降低菠蘿蛋白酶的活性從而減小菠蘿“蟄嘴”的幅度，但加入食醋或小蘇打是否破壞其他營養成分不得而知，加鹽水可能是最合適的方法。