菠蘿蛋白酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用

汪師帥

摘要：菠蘿蛋白酶在食品中應(yīng)用廣泛，如在在肉品的嫩化，啤酒、酸豆乳、明膠、魚露等生產(chǎn)?；趪鴥?nèi)現(xiàn)狀，對菠蘿蛋白酶的產(chǎn)業(yè)開發(fā)作出進(jìn)一步的展望。

關(guān)鍵詞：菠蘿蛋白酶；性質(zhì)；應(yīng)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(jù)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(shí)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(shù)不斷進(jìn)步，逐步實(shí)現(xiàn)了商品化的生產(chǎn)，并在食品加工業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。

1菠蘿蛋白酶的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

菠蘿蛋白酶是由多種不同分子量和分子結(jié)構(gòu)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(zhì)[21]。

菠蘿蛋白酶是一種糖蛋白，分子結(jié)構(gòu)中含有一個(gè)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(jié)構(gòu)中糖蛋白不是催化的必需基團(tuán)，而是所含肽鏈中的巰基。陳清西等研究認(rèn)為：羧基和羥基與酶活性無關(guān)，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(tuán)[15]。

菠蘿蛋白酶的分子量為30000—33000，等電點(diǎn)為9.55，酶液的最大吸收波長為280nm。因其由多種酶分子構(gòu)成，故在催化底物上具有多樣性。它能分解蛋白質(zhì)、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(yè)中的應(yīng)用

2.1在肉質(zhì)嫩化中的應(yīng)用

肌肉嫩度主要是由肌肉蛋白質(zhì)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(guān)蛋白的降解，包括肌原纖維間接連接蛋白和內(nèi)連接蛋白，肌原纖維連接到肌膜的蛋白，連接肌細(xì)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(jié)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(zhì)結(jié)構(gòu)使人體食用后易于消化吸收。

黃業(yè)傳等[8]為了進(jìn)一步提高牛肉嫩化效果，分別進(jìn)行不同的菠蘿汁添加量、處理時(shí)間、溫度和pH值對牛肉的嫩化效果實(shí)驗(yàn)，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(shí)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(chǎn)品的色澤造成不良影響。

黃效海[6]發(fā)現(xiàn)CaCl2、菠蘿蛋白酶和復(fù)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(shí)間為15min，嫩化溫度為7℃。

汪學(xué)榮等人[18]發(fā)現(xiàn)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(shí)干燥溫度和時(shí)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(shí)間6.5h，較適的甘油添加量為3%。

蛋白質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)的打開是改善牛肉嫩度的關(guān)鍵，以傳統(tǒng)的嫩化手段處理牛肉，隨著分子結(jié)構(gòu)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(fā)現(xiàn)通過轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的交聯(lián)作用對牛肉原料進(jìn)行二次處理，則彌補(bǔ)了這些缺陷，可以使肌肉組織的保水性增強(qiáng)、質(zhì)構(gòu)強(qiáng)度增大、嫩度維持較好水平，這對于改善產(chǎn)品的適口性、成型性有一定的指導(dǎo)作用。以負(fù)重值、剪切力、系水力為主要檢測指標(biāo)，確定最佳的工藝條件為：菠蘿蛋白酶0.4%，轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶6ug，時(shí)間1h，溫度50℃，pH7.5。

2.2在啤酒生產(chǎn)中的應(yīng)用

蛋白酶能分解麥芽中高分子蛋白質(zhì)為中低分子的蛋白質(zhì)、氨基酸與肽，為酵母提供營養(yǎng)成份，并對啤酒泡沫的形成、持泡性、啤酒的香氣和風(fēng)味以及啤酒的非生物穩(wěn)定性有十分重要的作用。當(dāng)輔料添加超過30%時(shí)，麥汁中的α—氨基酸明顯不足，不能使酵母正常生長發(fā)育，從而降低發(fā)酵能力，使雙乙酞含量升高，導(dǎo)致啤酒發(fā)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(zhì)與蛋白質(zhì)緩慢結(jié)合導(dǎo)致的，這種現(xiàn)象主要形成于發(fā)酵后期階段。蛋白酶除了用于分解高分子蛋白質(zhì)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(zhì)或改變其電性，使之不與多酚物質(zhì)結(jié)合，有效地防止了冷渾濁，從而提高了啤酒的非生物穩(wěn)定性[9]。

2.3在啤酒廢酵母多肽中的應(yīng)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(zhì)，經(jīng)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(fā)育所需的營養(yǎng)物質(zhì)與能量，而且還具有防病治病、調(diào)節(jié)人體生理機(jī)能的功能。它是以啤酒廢酵母為原料，經(jīng)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(yīng)面試驗(yàn)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?jié)饪s蛋白工藝上的應(yīng)用

大豆?jié)饪s蛋白是用高質(zhì)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(zhì)的大豆蛋白產(chǎn)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(chǎn)成本，廣泛應(yīng)用在肉加工食品、烘焙食品、冰激凌、糖果和飲料的生產(chǎn)中。

馬宇翔等[16]用菠蘿蛋白酶對醇法大豆?jié)饪s蛋白進(jìn)行酶法改性，提高醇法大豆?jié)饪s蛋白的溶解性，確定酶解的最佳條件為pH6.5，反應(yīng)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(jié)構(gòu)，產(chǎn)生有害物質(zhì)的可能性小，安全性高。另外水解產(chǎn)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(lǐng)域的應(yīng)用。

白志明等[1]利用日本產(chǎn)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(shí)間6h。

2.5在酸豆乳生產(chǎn)上的應(yīng)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(zhì)部分水解為功能性多肽，再添加乳酸菌發(fā)酵劑制成酸豆乳。酶解條件優(yōu)選采用L9（34）正交實(shí)驗(yàn)法，以蛋白質(zhì)水解度為評價(jià)指標(biāo)，確定最佳酶解條件為：菠蘿汁用量15%，pH7.0，溫度45℃，時(shí)間70min。

2.6在水解明膠生產(chǎn)上的應(yīng)用

明膠是由動(dòng)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(chǎn)品，其化學(xué)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(jīng)酶（酸或堿）水解的產(chǎn)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(jìn)體內(nèi)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(shù)，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(chǎn)水解明膠，并確定最佳工藝條件為：膠液質(zhì)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(shí)間1.5h—2h。

2.7在干酪生產(chǎn)上的應(yīng)用

Mozzarella干酪是一種起源于意大利南部地區(qū)、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(guān)鍵性酶，同時(shí)蛋白酶對干酪的質(zhì)構(gòu)形成及干酪特有風(fēng)味的形成具有重要作用，是干酪生產(chǎn)中應(yīng)控制的主要技術(shù)指標(biāo)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(jìn)凝乳，影響干酪的質(zhì)地和風(fēng)味。近年來，由于世界干酪產(chǎn)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(jù)凝乳時(shí)間、凝膠的硬度和粘度選出菠蘿蛋白酶作為大豆干酪生產(chǎn)用酶，采用四因素四水平的正交試驗(yàn)，根據(jù)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(shí)間為30min、保溫溫度為60℃[14]。

2.8在魚露生產(chǎn)上的應(yīng)用

魚露是一種傳統(tǒng)的調(diào)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(jī)酸、醇、酯以及人體新陳代謝所必需的微量元素，與其他調(diào)味品相比具有很好的營養(yǎng)價(jià)值。工業(yè)上常采用55℃先使菠蘿蛋白酶在低鹽條件下水解，然后補(bǔ)足鹽量的自溶發(fā)酵方法，制得的魚露口感純正，保證了應(yīng)有的營養(yǎng)價(jià)值[12]。

2.9在羅非魚魚皮膠原蛋白酶解液制備中的應(yīng)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(yàn)確定了菠蘿蛋白酶和Alcalase2.4L蛋白酶單獨(dú)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(shí)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(chǔ)上進(jìn)行復(fù)合酶水解實(shí)驗(yàn)。結(jié)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(dǎo)與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

結(jié)語：就目前情況來看，菠蘿蛋白酶在食品各行業(yè)中的應(yīng)用越來越受到重視。但菠蘿蛋白酶的生產(chǎn)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(shù)需進(jìn)行深入研究，提取高質(zhì)量的菠蘿蛋白酶具有重大的實(shí)用價(jià)值。為了生產(chǎn)中獲取具有最大酶活力的產(chǎn)品，最大限度的達(dá)到酶活、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量與成本的平衡，可以同時(shí)使用幾種提取方法，并尋取幾種方法的最優(yōu)組合。

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