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(jīng)濟貿(mào)易大學(xué)附屬中學(xué) 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(zhì)，菠蘿蛋白酶可分解蛋白質(zhì)，使其變?yōu)樾》肿佣嚯幕蛘甙被幔瑢⒉ぬ}放入口中時，蛋白酶就會分解口腔中脆弱的黏膜，從而產(chǎn)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(zhì)有差異。菠蘿蛋白酶在食品、醫(yī)藥等方面都具有廣泛的應(yīng)用，在食品工業(yè)中可作為一種食品添加劑，使肉類嫩化、啤酒澄清；在醫(yī)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(fēng)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(zhì)，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(dǎo)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(shè)置NaCl 溶液濃度分別為3.5%、7%、10.5%，每個NaCl 濃度下設(shè)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(shè)置pH值為3、5、7、9、11，每個pH 值下設(shè)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(shè)置溫度為0℃、20℃、40℃、60℃、80℃、100℃，每個溫度下設(shè)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(yīng)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(xù)保溫10 min 后加入1 mL 酪蛋白，繼續(xù)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(yīng)溫度保溫2 min 后，將酪蛋白加入菠蘿蛋白酶溶液中，繼續(xù)保溫10 min后加入3 mL 三氯乙酸，使蛋白質(zhì)沉淀，繼續(xù)保溫10 min 使反應(yīng)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(chǔ)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(chǔ)。

2 實驗結(jié)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(fā)現(xiàn)，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(jié)構(gòu)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(dǎo)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(fā)現(xiàn)，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(zhì)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(fù)。因此，本研究進行了進一步的探索，結(jié)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(zhì)

實驗結(jié)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(jié)構(gòu)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(fù)。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(jīng)完全失去活性。

因此，在平時吃菠蘿時可用熱水、適當?shù)柠}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(yǎng)成分不得而知，加鹽水可能是最合適的方法。