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        探究影響菠蘿蛋白酶活性的條件

        2020-10-22 01:20:26周詠新張新燁楊彩云
        生物學通報 2020年11期
        關(guān)鍵詞:影響

        狄 荻 周詠新 張新燁 楊彩云

        (對外經(jīng)濟貿(mào)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(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?,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(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。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。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。

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