综述：菠萝来源的菠萝蛋白酶(Bromelain)的工业应用与未来前景综述

（编辑推荐）本综述系统阐述了菠萝蛋白酶(Bromelain)的多领域应用与挑战：作为硫醇(SH)蛋白酶，其最适pH 6.0-9.0，在食品加工（肉类嫩化、啤酒澄清）、医药（抗炎/伤口愈合）、农业（种子引发）等领域展现潜力；通过膜过滤(membrane filtration)、反胶束系统(reverse micellar)等提取技术优化，可提升其稳定性；但面临成分变异、与微生物蛋白酶竞争等产业化瓶颈。未来需结合纳米技术(nanotechnology)和合成生物学(synthetic biology)突破限制。

　　

菠萝蛋白酶：从农业副产物到多面手生物催化剂

Abstract

菠萝(Bromelain)是从菠萝(Ananas comosus)中提取的蛋白水解酶复合物，其独特的硫醇(SH)活性位点使其在pH 7.0时展现最佳活性。这种酶能将多肽链分解为氨基酸，在食品、医药、化妆品和农业领域具有广泛应用，但存在提取成本高、稳定性差等产业化挑战。

Introduction

作为菠萝茎/果中的天然内切肽酶，菠萝蛋白酶自19世纪被发现以来，因其低毒性、高效率和易获取性备受关注。其活性受温度、pH和抑制剂影响显著，在肉类嫩化、啤酒澄清等食品工业中已有成熟应用。马来西亚每年产生15万公斤菠萝废弃物，通过提取酶制剂可实现农业废弃物的高值化利用。

Bromelain mechanism

该酶属于凤梨科(Bromeliaceae)植物蛋白酶家族，其IUPAC命名揭示其复杂糖基化结构。作为半胱氨酸蛋白酶(cysteine protease)，其活性中心含有必需巯基(-SH)，可特异性切割蛋白质的肽键。

Bromelain market potential

全球市场对菠萝蛋白酶需求增长，推动提取技术革新。与传统离心法相比，膜过滤技术更适合大规模生产，而双水相萃取(aqueous two-phase extraction)虽纯度高但成本较高。

Application

• 食品工业：降低苹果汁酶促褐变，提升面团延展性

• 医药领域：通过调控NF-κB通路发挥抗炎作用，加速伤口胶原蛋白沉积

• 农业应用：作为生物引发剂提升种子萌发率

• 环境治理：降解废水中的有机污染物

Challenges

成分变异大（茎/果来源差异达30%活性），提取率不足0.1%；与微生物蛋白酶（如枯草杆菌蛋白酶）相比，热稳定性差（60°C以上失活）；长期用药可能引起胃肠道不适等副作用。

Future prospects

前沿研究聚焦：

1）纳米载体(nanocarrier)包埋提升稳定性

2）CRISPR技术优化菠萝栽培种质

3）固定化酶(immobilized enzyme)连续反应器设计

4）合成生物学途径实现异源表达

Conclusion

通过整合智能材料(smart materials)与过程工程，菠萝蛋白酶有望成为可持续生物经济的关键组分，但需解决规模化生产的成本效益平衡问题。