综述：菠萝蛋白酶作为未来的酶：应用与新兴趋势的全球文献计量学图谱

菠萝蛋白酶是一种主要从凤梨科植物中提取的复杂蛋白水解酶混合物，因其广泛的工业适用性，尤其是在食品、制药和化妆品领域，而日益受到重视。尽管其应用广泛，但对最近科学进展的系统性理解仍然有限，这凸显了文献计量学方法的重要性。研究人员采用文献计量学分析方法，对2020年至2024年间科学数据库中收录的出版物进行检索，并通过科学产出的定量指标、合作网络和研究趋势进行了分析。分析结果显示，科学产出呈持续稳定增长态势，中国、印度和意大利等国家在研究中处于领先地位，这反映了强大的政府投入和成熟的研究体系。在食品工业中，菠萝蛋白酶应用于肉类嫩化、饮料澄清以及作为加工助剂。近期研究强调了其在生产具有生物活性的蛋白水解物（如具有抗氧化和抗高血压活性）中的作用。在制药领域，其抗炎、镇痛和抗肿瘤作用正在烧伤和肿瘤治疗中进行探索，同时其潜在的神经保护应用也受到关注。在化妆品中，菠萝蛋白酶用于去角质配方和牙膏中以去除污渍。菠萝蛋白酶研究跨越多个学科，推动了生物科学、医学和化学工程的进步。近期的研究重点在于寻找菠萝以外的替代来源，旨在获得在不同加工条件下具有更高稳定性和功能性的酶。这些进展强化了菠萝蛋白酶作为一种多功能、可持续的生物技术资源的潜力。

### 引言
菠萝蛋白酶是凤梨科植物中发现的几种蛋白水解酶复合物的统称，菠萝是其最典型的代表。它是一种糖蛋白，其寡糖残基与多肽链共价连接^{1, 2}。凤梨科植物遍布巴西所有州，在亚马逊、卡廷加、塞拉多、大西洋森林、潘帕斯和潘塔纳尔等生物地理区域浓度最高。尽管广泛分布于巴西，但它并非该国特有，在美洲其他国家也有发现³。这种植物多样性有助于菠萝蛋白酶在不同工业背景下的开发利用。该科植物主要分布在热带和亚热带地区，生长在从湿润森林到干旱地区的不同湿度条件下。这种生态适应性得益于景天酸代谢（CAM）光合代谢以及“桶状”生长习性和用于储水和吸收的叶片表皮毛等生理和形态机制⁴。这种生态可塑性带来了巨大的生物多样性，促进了菠萝蛋白酶在各种工业背景下的开发利用。
菠萝蛋白酶可用于水解啤酒生产发酵过程中引起浑浊的蛋白质复合物，从而有助于稳定过程⁵。在肉类加工中，它被用于嫩化⁶。此外，也有报道称其应用于生产用于功能性食品、营养膳食和膳食蛋白质补充剂、蛋白质分离物的蛋白水解物^{7, 8}，以及用于奶酪生产的牛奶凝固⁹。
鉴于菠萝蛋白酶的多功能性和工业影响力，理解其应用相关研究的演变至关重要。在此背景下，文献计量学分析作为一种战略工具应运而生，它通过特定知识领域出版物的定量指标来评估科学和技术生产力¹⁰。该方法可用于识别趋势、机构合作以及与菠萝蛋白酶相关的科学技术开发现状¹¹，可用于分析菠萝蛋白酶使用趋势。因此，应用文献计量学方法不仅能系统评估科学产出，还能识别该领域的研究热点、新兴趋势和知识空白。这些见解对于指导未来研究和支持创新及工业应用的发展至关重要。在此背景下，本研究旨在对与其应用相关的出版物进行文献计量学图谱分析，以识别2020年至2024年期间的主要趋势和科学进展。
### 方法
文献计量学数据使用Scopus数据库（https://www.scopus.com）收集，数据收集于2025年9月20日。搜索在“文章标题、摘要和关键词”字段内进行。用于搜索策略的术语包括：‘bromelain*’或‘bromelain applications*’或‘bromelain in food industry*’或‘bromelain in the chemical industry*’或‘bromelain enzymatic*’或‘bromelain bioactive peptides production*’或‘bromelain functional properties*’或‘bromelain plant-based proteases*’或‘industrial potential of bromelain*’或‘bromelain bioprospecting*’。
文献计量学分析考虑的时间段为2020年至2024年，仅包括具有实验数据的原创研究文章。以下内容被排除在分析之外：综述文章、会议论文集、书籍章节、学术学位论文和专利。检索到的数据以CVS格式从Scopus导出以确保可重复性，并直接导入VOSviewer（https://www.vosviewer.com）进行分析。通过选择所有名为“引文信息”和“文献信息”以及“摘要和关键词”、“资助详情”和“其他信息”的字段来收集数据。使用星号（*）运算符包含同义词和关键术语的变体，以捕获所有相关出版物*。排名前10的文章列表根据每个类别内的出版物数量编制，这些类别包括：期刊、附属机构、资助机构、国家、文章和研究领域。作者、期刊、机构和关键词之间的合作网络使用VOSviewer 1.6.20版生成，遵循Eck和Waltman^{12, 13}提出并由Alves等人¹⁴改编的方法程序。引用技术用于分析作者、机构和期刊，而共现分析则应用于关键词。VOSviewer中的所有参数，包括计数方法、节点最小出现次数和网络标准化选项，均保持默认设置以确保结果的可重复性。
### 结果与讨论
#### 科学产出分析
对2020年至2024年期间科学产出的分析（如图1所示）表明，菠萝蛋白酶研究持续稳定增长。从2020年的151篇出版物开始，文章数量在2021年增加到188篇。在2022年略有下降（171篇出版物），这可能与COVID-19大流行对研究生产力的残余影响有关后，产出恢复了增长率，在2023年达到177篇出版物，并在2024年达到220篇出版物的峰值，这可能反映了菠萝蛋白酶在工业和生物技术领域应用研究的复苏和日益增长的兴趣。
#### 代表性研究
除文献计量学指标外，本节还选取了具有代表性的研究来说明菠萝蛋白酶的主要应用和研究趋势。这些文章作为说明性示例而非详尽选择被选中。在2020年，Santos等人¹⁵评估了通过静水压处理富集菠萝蛋白酶的脱水菠萝副产品的使用，旨在改善牛肉的嫩化和其他特性。来自后腿肉部位的较硬牛排在不同时间、不同菠萝蛋白酶浓度下进行腌制，并在烹饪前后分析pH值、颜色、腌制产率、硬度和组织学特征。研究证明，较长的腌制时间（12-24小时）和较高的菠萝蛋白酶浓度的结合会导致较低的肉硬度、较高的腌制产率和更浅的颜色。结果表明，存在于菠萝副产品中的菠萝蛋白酶可用于提升商业价值较低的肉块的附加值。同样在2020年，Haiyan等人¹⁶研究了菠萝蛋白酶对乳腺癌细胞（MCF7和MDA-MB-231）的影响，作为一种安全的治疗替代方案。使用了菠萝的不同部分（果肉、果皮、花序梗、幼茎和成熟茎）提取菠萝蛋白酶，其中从果序梗提取的酶在抑制细胞生长方面最有效。MCF7细胞系比MDA-MB-231细胞系表现出更高的敏感性。抗肿瘤活性涉及p53和Bax的上调，Cox-2和Bcl-2的下调，以及可能的核因子-κB的阻断，表明菠萝蛋白酶通过调节细胞凋亡和炎症途径发挥作用。该研究强调了菠萝蛋白酶作为生物活性剂在开发对抗乳腺癌策略方面的潜力。
2021年，通过丙烯酰胺（AAm）与聚乙烯醇（PVA）或聚乙二醇（PEG）的共聚开发了水凝胶，以评估菠萝蛋白酶的掺入和控释，旨在用于烧伤和炎症治疗的局部应用。Coco等人¹⁷将菠萝蛋白酶掺入PVA水凝胶（Bro-PVA-co-AAm）和PEG水凝胶中，相对蛋白质回收率分别为91.3%和88.9%，相对酶活性分别为88.9%和53.8%。24小时后，掺入蛋白质的释放量（相对释放）低于5%，而PVA水凝胶中的酶活性达到60%，PEG水凝胶中的酶活性达到100%。机械性能分析表明，PVA水凝胶由于其轻质、粘膜粘附和弹性的结构，结合了柔软性和稳定性，与生物条件具有更大的结构相容性。这些结果表明PVA-co-AAm水凝胶可以作为菠萝蛋白酶的有效控释系统，保留其酶活性和生物医学应用的潜力。
次年，Khazaeel等人¹⁸评估了菠萝蛋白酶对双酚A（BPA）损害的男性生殖功能的保护作用，BPA是一种已知会增加氧化应激和睾丸损伤的内分泌干扰物。六十只雄性小鼠被分为六组，包括对照组、菠萝蛋白酶组、BPA组以及BPA与菠萝蛋白酶组合组，口服给药35天。BPA显著降低了精子数量、活力、存活率和正常形态，降低了睾酮水平、雌激素受体（ERα和ERβ）的表达以及谷胱甘肽过氧化物酶、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶等抗氧化剂的活性，同时增加了精子异常和丙二醛水平。菠萝蛋白酶的共同给药减轻了这些效应，显著改善了精子参数、激素水平和抗氧化活性，并减少了氧化应激。结果表明菠萝蛋白酶对男性生殖具有保护作用，可减轻BPA诱导的损伤。
2023年，Abduh等人¹⁹研究了使用酸或碱预处理后菠萝蛋白酶水解生产黑水虻幼虫（BSFL）（Hermetia illucens L.）蛋白水解物。在不同温度（25-50°C）和时间（30-60分钟）下，使用盐酸和氢氧化钠进行蛋白质提取，在50°C下使用氢氧化钠处理30分钟实现了38.42%的最大蛋白质回收率。使用菠萝蛋白酶获得的水解物在酶浓度（30 g kg^-1）、pH（8）和时间（24小时）方面进行了优化，水解度为58.52%，抗氧化活性的半数最大抑制浓度为1.15%。氨基酸分析显示谷氨酸（37 g kg^-1）、亮氨酸（21 g kg^-1）和缬氨酸（20 g kg^-1）占主导地位。该研究证明了菠萝蛋白酶在从BSFL生成生物活性蛋白水解物方面的潜力。
2024年，Lia等人²⁰比较了热法和酶法生产鱼胶原蛋白水解物的方法，评估了它们的特性和抗衰老潜力。热解在不同温度（50-100°C）和时间（1-5小时）下进行，而酶解使用菠萝蛋白酶（10 U mL^-1）在50°C下进行1小时。通过电泳、Lowry测定、羟脯氨酸含量、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱和差示扫描量热法对水解物进行了表征。结果表明，热解产生了变性蛋白质，而菠萝蛋白酶酶解产生了水解度为60%的低分子量肽，更好地保留了胶原蛋白的结构和物理特性。研究结果表明，菠萝蛋白酶能够有效地生产能够穿透皮肤的肽类胶原蛋白，从而增强其潜在的抗衰老效果。
#### 作者、期刊与机构分析
根据Scopus数据库，发表量最高的10位作者的排名见表1。作者Morris, D. L.以17篇出版物脱颖而出，占分析文档总数（904篇）的1.88%。随后是Holyavka, M.G.和Artyukhov, V.G.，分别以15篇和14篇出版物位居第二和第三。Morris, D. L.研究小组最相关的一项研究是评估BromAc®（Mucpharm Pty Ltd, Kogarah, NSW, Australia）（一种菠萝蛋白酶（一种来自菠萝的蛋白水解酶）和乙酰半胱氨酸（一种粘液溶解剂）的组合）在离体绵羊肺模型中对粘液栓溶解的作用。BromAc®显著降低了气道阻力和粘液粘度，超越了单独使用的效果，同时不影响顺应性或潮气量，证明了其作为粘液溶解剂的有效性²¹。单个作者的出版物数量相对于数据总量较低，表明科学产出并未集中在少数几位作者手中，而是分布在更多的研究者中。存在多位具有相同出版物数量的作者表明可能存在研究小组或生产力相似的合作者。尽管排名确定了主要贡献者，但其出版物相对于总量的低百分比表明该研究领域广阔，拥有广泛而多样化的科学界的协作和贡献。由VOSviewer生成的图表（图2）展示了主要作者之间的合作网络。该网络表明，尽管引用最多的作者相互连接，但合作模式仍然相对有限。一些作者，如Muthayya, P.、Buehler, P. K.和Steiger, P.，表现出更高的总链接强度，表明他们在连接不同研究小组方面发挥着更积极的作用。另一方面，引用次数较多的作者，如Hoeksma, H.和Korzeniowski, T.，表现出较低的连通性，表明他们的贡献在网络内较为孤立。总体而言，该结构表明菠萝蛋白酶研究正在发展并日益加强合作，但研究小组之间仍缺乏强有力的整合。
根据Scopus数据库，发表量最高的10家期刊排名见表2。期刊Foods以20篇出版物位居首位，其次是Molecules和Burns，分别为18篇和17篇。这些数据表明，根据Scopus数据库，这些期刊是该领域知识传播的主要平台，可能反映了它们在科学界的相关性和影响力。尽管Foods在出版量上被引用最多，但LWT和International Journal of Biological Macromolecules的影响因子最高（分别为13.6和10.3），表明这些期刊上发表的文章平均影响力或被引次数更高。同样，Food Chemistry和Molecules的CiteScore最高，分别为18.3和8.6，表明这些期刊在Scopus引用数据库中具有很高的相关性。这种引用量与影响指标之间的差异表明，尽管某个期刊是受欢迎的出版渠道，但最具影响力的研究可能分散在高质量和声誉良好的期刊中。Foods集群关注食品科学的更广泛方面，例如从植物蛋白中鉴定和表征新的肽类²²。期刊可视化图（图3）通过展示主要出版期刊之间的合作网络，补充了表2的分析。主要期刊之间缺乏共同引用链接表明，其中一本期刊上发表的文章很少引用另一本期刊上发表的文章。这种缺乏相互联系表明这些期刊传达的研究主题在某种程度上是孤立的，形成不通过引用直接交流的“知识孤岛”。不同的集群（颜色）强化了这种分割，表明菠萝蛋白酶研究分布在不同的子领域，每个领域都有自己独特的沟通渠道和参考基础。图3中的可视化网络揭示了在菠萝蛋白酶领域，科学权威性由引用密度和连通性而非仅仅出版量决定。交叉引用这些数据时出现了一个显著的对比：尽管表2将Foods和Molecules等期刊确定为文章数量最多（n）的期刊，但它们并未出现在图3中的主要节点中。这表明，尽管这些期刊是大量稿件的入口，但学术影响和引用的核心仍集中在Burns和International Journal of Biological Macromolecules等专业期刊上，这些期刊突出的节点反映了其在网络内更强大、更集中的技术影响力。图3中的连接和集群形成强化了这种影响力层次。由Burns期刊领导的红色集群表现出卓越的链接强度，与高影响力的临床和生化期刊（如表2所示，保持显著的影响因子（IF > 4.0））整合。这种配置表明，引用网络优先考虑主题深度和专业化；地图中节点之间较厚的链接说明了知识被有效验证和重用的地方，突出了菠萝蛋白酶科学是通过连接再生医学和大分子生物化学的精英轴线巩固的。Burns集群更与生物医学应用相关，例如使用菠萝蛋白酶作为烧伤治疗中清创术的手术干预选择²³。这种网络碎片化反映了菠萝蛋白酶研究的多面性，涵盖了从食品技术到生物学和医学等多个领域。
对菠萝蛋白酶研究机构的分析（如表3所示）展示了推动研究的主要资助来源。圣乔治医院（St George Hospital）和沃罗涅日国立大学（Voronezhskiy Gosudarstvenniy Universitet）以19篇和18篇出版物脱颖而出。来自不同国家的附属机构（如澳大利亚的新南威尔士大学（UNSW Sydney）和意大利的巴里阿尔多莫罗大学（Università degli studi di Bari Aldo Moro））的存在表明，一个多样化的全球网络正在进行这项研究。对于资助机构的分析（表4），分析中最突出的方面是中国资助机构的主导地位。中国国家自然科学基金会以51篇引用的数量在排名中遥遥领先，是第二名（中国国家重点研发计划，n=23）的两倍多。这些数据表明中国在资助菠萝蛋白酶研究方面起着主导作用。国家科学和技术发展委员会（Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - 巴西）进入前三名表明了巴西在资助菠萝蛋白酶研究方面的重要性，这可能与其生物多样性和自然资源有关。
科学产出的地理分布分析（如表5所示）呈现了引领菠萝蛋白酶研究的国家。中国成为主要的研究中心，出版物数量显著领先，总计150篇，占总样本的比例为0.1659。印度和意大利也表现出显著的产出，分别占据第二和第三位。排名中来自不同大洲的国家（如印度尼西亚、美国和巴西）的出现突显了菠萝蛋白酶研究的全球性。巴西的参与（36篇出版物）尤其强化了拥有丰富生物多样性的国家的贡献，因为菠萝蛋白酶是从菠萝中提取的酶。这些地理数据证实，尽管研究分布广泛，但在资助和研究议程强大的国家存在明显的产出集中。
表6展示了根据Scopus数据库（2020-2024）文献计量学分析得出的关于菠萝蛋白酶应用研究的引用次数最多的10篇文章的排名。该表详细列出了每篇文章的排名、标题、作者、期刊、引用次数、期刊的影响因子和CiteScore、出版年份和文献参考。对引用最多文章的分析提供了推动菠萝蛋白酶研究领域的概述。Li和Pu²⁴关于癌症纳米材料的文章以365次引用脱颖而出，表明菠萝蛋白酶在纳米医学等前沿领域的应用日益受到关注和影响。这一发现特别相关，因为它表明该领域正在从传统应用向创新的健康解决方案演进。除了癌症研究外，该表还包括关于蛋白质衍生肽的抗氧化活性²⁵和抗高血压肽的生产²⁶的研究，强化了菠萝蛋白酶在生成有益于人类健康的生物肽中的作用。大多数文章探索了菠萝蛋白酶在蛋白质修饰中的应用，例如乳清蛋白水解物²⁷和豆类蛋白水解物^{28, 29}，以及副产物的增值利用³⁰。这些研究证明了该酶在改善食品的物理化学和功能特性方面的实用性，以及其对可持续性的贡献。Xu等人³¹关于蛋白质基粘合剂的文章说明了菠萝蛋白酶在非传统领域中的多功能潜力。
#### 关键词与领域分析
图4包含一个由文献计量学软件生成的网络可视化地图，展示了菠萝蛋白酶应用研究中50个最常被引用的关键词。地图上的每个节点（圆圈）代表一个关键词，节点之间的接近程度表示这些术语在文章中共同出现的频率。节点的大小与术语的频率成正比，颜色定义了主题研究集群。该可视化表明该领域并非铁板一块，而是分为三个主要研究前沿。以“human”和“clinical article”等术语为中心的绿色集群，表明对酶的治疗和临床应用（如治疗炎症）有着强烈且日益增长的兴趣。这与Li和Pu²⁴关于纳米医学的文章的高影响力相一致，该文将研究方向引向医疗保健领域。蓝色集群包含“protein degradation”和“food”等术语，红色集群包含“peptides”和“antioxidant”等术语，分别代表了食品应用和对生物特性的研究。这些集群说明了菠萝蛋白酶作为工业酶以及生物活性肽生产的重要性的持续意义，证实了对探索蛋白质水解用于营养和功能性目的的文章的讨论。这些集群之间的相互联系，由“bromelain”等术语的中心性象征着，说明了研究的多面性，在一个领域的发现（例如肽的抗氧化特性（红色集群））可以启发和推动临床应用（绿色集群）。“controlled study”作为中心术语的出现也表明在寻求验证这些应用的研究中具有方法论上的严谨性。
对菠萝蛋白酶应用相关研究领域的分布分析（如表7所示）证实了图4中识别的主题趋势。菠萝蛋白酶研究主要植根于生物和医学科学，“农业与生物科学”、“医学”和“生物化学、遗传学与分子生物学”的文章浓度最高。这种分布反映了菠萝蛋白酶的双重焦点：其生物来源和巨大的治疗及酶学潜力。尽管研究的核心是生物学，但表中知识领域的多样性强调了该领域的多面性。“化学工程”、“材料科学”和“环境科学”领域出版物的存在表明，研究已扩展到非传统部门的创新解决方案，例如生物材料的生产和可持续工艺的开发。这表明菠萝蛋白酶正在巩固其作为多功能生物材料的地位，能够在广泛的工业和生物技术应用中发挥作用。在“农业与生物科学”领域，在分析期间有302篇出版物，被证明是菠萝蛋白酶研究中最丰富的领域。该领域的大部分研究集中在获得功能性肽，特别是在食品科学、酶学和蛋白质水解等子学科中，旨在开发具有健康促进特性的生物活性化合物。
在医学领域，有研究如基于菠萝蛋白酶的酶促清创术（Nexobrid®; MediWound, Wilmington, DE, USA）在烧伤治疗中的使用建议，基于意大利专家的实践经验。Ranno等人³⁶通过德尔菲法达成共识，意大利参与的烧伤中心报告了超过1000名治疗患者的经验。最终，几乎所有评估的临床建议都达成完全一致，形成了一套适用于在烧伤手术中使用Nexobrid®的指南。该研究强调，尽管这些指南基于意大利的现实情况，但它们强化了菠萝蛋白酶作为酶促清创术工具的有效性和安全性，并将随着新证据的出现为未来的更新奠定基础。Valle等人³⁷评估了使用BromAc®（一种已知具有粘液溶解活性的菠萝蛋白酶（Brom）和乙酰半胱氨酸（Ac）组合）治疗粘液性腹膜肿瘤的安全性和初步疗效。该临床研究涉及20名患者，通过引流管将BromAc®直接给药至肿瘤部位。尽管大多数患者经历了轻度至中度不良事件，但没有死亡或过敏反应。在73.2%的治疗部位观察到客观治疗反应，影像学评估显示粘液显著溶解。结果表明，菠萝蛋白酶与乙酰半胱氨酸组合具有可管理的安全性特征和治疗潜力，可作为不可手术的粘液性肿瘤的微创治疗手段。
化学工程领域（超过100篇出版物）的入选表明了菠萝蛋白酶研究的跨学科范围，超越了其生物学用途。Mala和Anal³⁸开发了基于果胶和抗性淀粉的混合水凝胶珠以包封菠萝蛋白酶，旨在保护其在胃肠道通过和热处理期间的活性。该研究评估了不同的果胶与抗性淀粉比例，观察到4.5:1.5（w/w）的比例提供了最高的包封效率、改善的胃稳定性和菠萝蛋白酶的缓释。包封的酶即使在高达95°C的热处理后仍保持高活性，并且在模拟肠液（pH 7.4）中的释放速度快于在模拟胃液（pH 1.2）中。结果表明，水凝胶包封是保护菠萝蛋白酶在食品和营养保健品应用中功能性的有效策略。
### 菠萝蛋白酶的结构与功能方面
菠萝蛋白酶是一种属于凤梨科的半胱氨酸蛋白酶混合物，其活性位点主要由半胱氨酸和组氨酸残基组成。菠萝蛋白酶的催化机制基于半胱氨酸硫醇基团介导的亲核攻击，从而能够裂解蛋白质底物中的肽键。这种结构配置与其高蛋白水解效率和广泛的底物特异性直接相关³⁹。除了催化残基外，菠萝蛋白酶还呈现出由二硫键稳定的三维构象，这些二硫键在特定的pH和温度条件下维持酶稳定性方面起着至关重要的作用。然而，这种结构对环境因素（如热、极端pH和氧化条件）也很敏感，可能导致变性和活性丧失⁷。结构与功能之间的关系对于理解菠萝蛋白酶的应用至关重要。其水解胶原蛋白和角蛋白等结构蛋白的能力是其在肉类嫩化、酶促清创和化妆品去角质中应用的基础。同时，其对加工条件的敏感性突显了稳定策略（如固定化和微囊化）的重要性⁴⁰。
### 食品工业
根据美国食品药品监督管理局（FDA）⁴¹的规定，菠萝蛋白酶被归类为食品添加剂，用作增味剂、风味剂或助剂、加工助剂和质构改良剂。这种蛋白水解酶在食品工业中具有广泛的适用性，特别是在肉类嫩化、饮料澄清和蛋白质水解物生产方面⁴²。菠萝蛋白酶的一些主要应用如图5所示。在生产蛋白质水解物方面，Nurdiani等人⁴³利用鲶鱼（Pangasius sp.）副产品，发现水解物的氨基酸谱中甘氨酸、L-谷氨酸和L-天冬氨酸浓度很高。在类似的研究中，Noman等人⁴⁴使用菠萝蛋白酶从杂交鲟鱼（Huso dauricus × Acipenser schrenckii）中获得蛋白水解物，鉴定出具有抗氧化活性的肽，证明了其作为食品工业中合成抗氧化剂天然替代品的潜力。Selamassakul等人⁴⁵利用菠萝蛋白酶水解的大米蛋白质衍生的生物活性肽，观察到这些水解物有望用作营养保健食品和饮料产品中的功能性添加剂，在促进消费者健康的同时，也能配制出具有宜人感官特性的产品。Begum等人⁴⁶强调风味是决定食品质量的主要因素之一，直接影响消费者的偏好和购买意愿。为了减少不良气味并增强风味，Qin等人⁴⁷将菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶以及两种酶的混合物应用于盐水溶液中处理猪蹄。结果表明，菠萝蛋白酶和木瓜蛋白酶的联合处理显著减少了与不良气味和异味相关的非醛类化合物壬醛和辛醛。Qin等人⁴⁷观察到丙酸乙酯、异丁酸乙酯、异戊酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯和乙酸丁酯等酯类浓度增加，这些物质有助于形成更宜人的风味特征。除了蛋白质水解物的生产及其脱臭和调味效果外，菠萝蛋白酶在肉类和鱼类工业中的主要应用之一是改善产品的嫩度和质地。Mohd Azmi等人⁶评估了植物蛋白酶在肉类嫩化中的最新趋势和未来前景，并观察到该领域的研究由于肉类感官特性的积极变化、具有抗菌和抗氧化特性的生物活性化合物的存在以及较低的生产成本而日益受到关注。Zhou等人⁴⁸测试了超声波结合酶处理对虾干嫩化的影响，并得出结论，该方法可用于生产过程中的软化，因为它能简单有效地分解虾的肌原纤维蛋白。为了获得软质猪肉膏，Saengsuk等人⁴⁹进行了研究，制备了不同水平菠萝蛋白酶（0和5 g kg^-1 w/w）、κ-卡拉胶（5和10 g kg^-1 w/w）以及大米与绿豆比例（0:0，1:0，0:1和0.5:0.5）的肉膏。结论是菠萝蛋白酶具有生产更软嫩肉膏的潜力。
在饮料工业中，菠萝蛋白酶可用于饮料澄清，如Benucci等人⁵⁰观察了游离和固定化的茎菠萝蛋白酶对白葡萄酒蛋白质浑浊的影响。结果，Benucci等人⁵⁰得出结论，需要在实验室规模的搅拌反应器中，使用10 g L^-1固定在壳聚糖珠上的菠萝蛋白酶处理24小时，才能将葡萄酒浑浊度降低70%。Khan等人⁵¹在奶酪生产中使用了各种植物提取物，包括菠萝蛋白酶。结果表明，此类提取物可能是更好、更经济的商业来源，可作为动物和微生物凝乳酶的替代品。在奶酪生产中，Komansilan等人⁵²使用菠萝蛋白酶提取物作为替代性凝乳酶。结果表明，30 g kg^-1的提取物浓度生产的乡村奶酪具有最佳的物理化学特性，证明了该粗酶在奶酪制造中是可行的低成本替代品。Vergara Alvarez等人⁹利用干燥的菠萝蛋白酶提取物在生牛奶和巴氏杀菌牛奶中生产新鲜奶酪。结果揭示，无论牛奶类型（生奶或巴氏杀菌奶）如何，使用50 g kg^-1干燥提取物的产品感官接受度最高，结论是使用菠萝蛋白酶显示出作为植物性凝乳剂的潜力。
为了保存菠萝蛋白酶的酶活性，Tang等人⁵³通过复合凝聚法（CoCo）进行了微囊化。据报道，从菠萝蛋白酶-海藻酸盐凝聚粉末中完全恢复了酶的蛋白水解活性，表明其在可扩展且经济高效的工业应用方面具有潜力。这种保护作用可以解释为围绕酶形成了保护性聚合物基质，该基质作为抵御热、氧气和pH变化等外部压力源的物理屏障⁵⁴。在热加工过程中，该包封层通过限制酶直接暴露于高温并限制分子迁移率来减少蛋白质变性，从而保持酶的结构完整性。此外，菠萝蛋白酶从凝聚体系中的控释可能进一步有助于在加工条件下保留其活性。
### 制药工业
菠萝蛋白酶表现出多方面的治疗作用机制，包括抗炎、镇痛、抗血管生成和抗氧化特性。这些特性使其在制药工业中可用于治疗炎症和对抗氧化应激⁵⁵。Ferah Okkay等人⁵⁶观察到该酶对顺铂诱导的眼部毒性具有剂量依赖性的保护活性，通过调节氧化应激，表明该酶可能是一种辅助剂，能够保护眼睛免受顺铂诱导的毒性。在评估菠萝蛋白酶的肾脏保护作用时，El Demerdash等人⁵⁷测试了该酶对氯化铝在大鼠中刺激的氧化应激的抵抗作用。结论是该酶具有显著的保护作用，并成功中和了氯化铝的毒性影响，表明其抗氧化和螯合特性在金属中毒治疗中具有创新方法。Sharma和Vimal⁵⁸报道的体内和体外研究证明了菠萝蛋白酶的其他生物活性，包括纤溶（溶解血栓）、抗血栓（抑制血栓形成或生长）和抗水肿（减少水肿，即组织液体积聚）活性。Sharma和Vimal⁵⁸还表明该酶对治疗支气管炎、手术创伤和鼻窦炎等病症具有治疗潜力。Kumar等人⁵⁹在诱导阿尔茨海默病的瑞士白化小鼠中对菠萝蛋白酶进行了药理学评估。结果表明，菠萝蛋白酶单独使用或与多奈哌齐联合使用，都能预防氯化铝和D-半乳糖诱导的空间学习和记忆缺陷，同时减轻大脑皮层和海马的认知障碍。研究结果表明其具有神经保护潜力，可减轻氧化损伤、神经炎症和Aβ1-42聚集。
### 其他行业
除了食品和制药工业外，菠萝蛋白酶也被应用于其他领域。在化妆品工业中，菠萝蛋白酶因其蛋白水解活性和与皮肤生理的相容性，越来越多地被探索作为功能性生物活性成分。其主要机制涉及水解角质层中的角蛋白，从而能够控制性地去除角质细胞并促进皮肤更新。这种酶促去角质过程可改善皮肤质地、增强光泽度并增加活性化合物的渗透性，使得菠萝蛋白酶在药妆配方中特别有价值。与传统的机械和化学去角质剂相比，基于菠萝蛋白酶的酶促系统提供更温和、更具选择性的作用，降低刺激风险并保护皮肤屏障的完整性。这一特性使菠萝蛋白酶特别适合敏感和易长粉刺的皮肤，在这些皮肤上，强效的去角质方法可能导致炎症或屏障破坏⁶⁰。菠萝蛋白酶已被纳入多种化妆品中，包括酶促焕肤剂、面膜、洁面乳和抗衰老配方。在这些应用中，它不仅作为去角质剂，还作为具有抗炎和皮肤调理特性的多功能成分。酶促化妆品（“enzymocosmetics”）的概念已成为现代护肤中一种有前景的方法，强调使用蛋白水解酶（如菠萝蛋白酶和木瓜蛋白酶）实现有效而温和的皮肤更新⁶¹。评估菠萝蛋白酶在皮肤组织上治疗的研究已证明其能够选择性地降解蛋白质结构而不对周围活细胞造成显著损害，突显了其作为皮肤科和化妆品应用中安全可控剂的潜力⁶²。与此机制一致，据报道菠萝蛋白酶具有皮肤镇静特性，可对脱毛后或其他强效治疗后的皮肤产生舒缓效果⁶³。此外，它已被用于美容程序中，通常与木瓜蛋白酶结合使用，以减少角质层的厚度并通过增强细胞更新来改善皮肤外观。除了局部皮肤应用外，菠萝蛋白酶也被纳入口腔护理配方中。Patil等人⁶⁴比较了含有研磨成分（珍珠岩和碳酸钙）和酶促成分（木瓜蛋白酶和菠萝蛋白酶）的牙膏在外源性色素去除方面的功效，证明了酶促配方同样有效。值得注意的是，尽管研磨型牙膏因可能磨损牙釉质而需要谨慎使用，但酶促配方在评估条件下未显示禁忌症。在纺织工业中，菠萝蛋白酶已被用于改善蛋白水解染色工艺的质量^{65, 66}。在此背景下，它作为处理蛋白质纤维（如丝绸和羊毛）的有效蛋白水解剂正受到越来越多的关注。在丝绸加工中，菠萝蛋白酶在脱胶过程中高效去除丝胶蛋白，同时保持丝素完整性，从而改善机械性能并增强织物柔软度⁶⁷。比较研究进一步表明，使用菠萝蛋白酶的酶促处理比传统化学方法造成的结构损伤更小，突显了其作为环境友好替代品的潜力⁶⁸。同样，在羊毛加工中，菠萝蛋白酶和其他蛋白水解酶作用于纤维表面的角蛋白结构，改变角质层并增强染料吸收和颜色均匀性。这些酶促处理与改善的色牢度、增加的柔软度和更好的整体织物性能相关⁶⁹。此外，基于菠萝蛋白酶的工艺已被提议作为传统氯化方法的可持续替代品，显著减少了纺织整理操作中的环境影响和化学品消耗⁷⁰。
### 挑战与展望
菠萝蛋白酶来源的多样性及其独特的结构和生化特性直接影响酶的性能，并在提取、纯化和工业应用过程中带来特定挑战。菠萝蛋白酶被归类为半胱氨酸蛋白酶，因此其活性位点包含半胱氨酸与组氨酸结合的氨基酸。这类酶通常在中性pH下活跃，但在酸性条件下也可能表现出一定的活性。菠萝蛋白酶在pH 6.0至8.0的范围内具有最佳活性，但在70°C以上的温度下会迅速失去活性⁷¹。根据Ramli等人⁷²的研究，菠萝蛋白酶可以从菠萝（Ananas comosus）的多个部位提取，包括茎、果实（或果肉）、花和果皮。然而，只有茎和果实能产生具有商业相关性的酶量，茎作为工业提取的主要来源，是因为其菠萝蛋白酶浓度更高，且作为收获副产品成本更低。菠萝蛋白酶茎部的蛋白酶被命名为茎菠萝蛋白酶，系统编号为EC 3.4.22.4，而从果实提取的称为果菠萝蛋白酶，编号为EC 3.4.22.5¹。因此，要进行工业过程，必须了解酶的最佳条件，这些条件可能因提取位置而异。茎菠萝蛋白酶被认为相对稳定，在40至60°C之间保持活性，而许多其他酶在此温度范围内会变性⁷³。由于提取和纯化所使用的工艺，商业菠萝蛋白酶已成为高成本产品⁷⁴。菠萝蛋白酶被定义为来自凤梨科家族的蛋白酶复合物，存在于植物的不同部位，包括茎、叶、根和果实。尽管该科包含大约分布在78个属中的约3652个物种⁷⁵，但只有少数物种被开发利用，导致来自其他代表性植物的菠萝蛋白酶探索稀缺。Silva和Tambourgi⁷⁶从紫色库拉奥草（Ananas erectifolius）叶片中提取并评估了菠萝蛋白酶的稳定性，发现其在pH 8、10°C下稳定性最佳，而Silva等人⁷⁷使用从马坎比拉草（Bromelia laciniosa）叶片提取的菠萝蛋白酶，发现其最佳点在pH 7、47°C。Salese等人⁷⁸使用菠萝叶（Bromelia serra）的果实制备粗提取物，该提取物显示出6.03-9.05的最适pH范围，在23、37和45°C（120分钟）下能保持80%的活性，但在75°C下10分钟即失活。这些结果表明来自凤梨科不同物种的菠萝蛋白酶类型存在显著差异，表明探索该酶替代来源的趋势日益增长，旨在多样化提取手段并提高生产效率。关于工业应用，菠萝蛋白酶来源的多样化为开发具有创新应用的产品开辟了新的可能性。例如，食品工业可以受益于适应不同底物和加工条件的蛋白酶，而制药工业可以探索来自不同来源的酶的抗炎、抗肿瘤和免疫调节特性。此外，将菠萝蛋白酶用于化妆品和生物材料的兴趣日益增长，强化了这类酶的多功能性。
### 结论
菠萝蛋白酶是一种具有高度相关性和多功能性的酶，其应用范围从食品和制药工业扩展到生物材料和化妆品等新兴领域，巩固了其作为多功能生物活性剂的角色。文献计量学分析揭示，尽管研究是全球性的，但它高度集中在对科学技术有重大投入的国家，特别是中国。期刊和关键词集群所体现的子领域碎片化，反映了该酶的多面性，不同领域探索其不同的特性和潜力。考虑到本研究进行的文献计量学图谱，探索凤梨科家族中除传统菠萝之外的新来源，成为克服热不稳定性等挑战的有前景的策略，从而扩展开发更高效和创新产品的可能性。尽管取得了这些进展，食品科学内一些重要领域仍未得到充分探索。特别是，对菠萝蛋白酶在经历工业热加工的复杂食品基质中的应用、酶在实际加工和储存条件下的长期稳定性、以及它与其他食品成分（如蛋白质、脂质和多糖）的相互作用关注有限。此外，稳定策略（如微囊化）的可扩展性及其在工业应用中的经济可行性仍需进一步研究。因此，未来的研究应优先考虑这些方面，以使菠萝蛋白酶从实验室规模的研究更有效地转化为食品工业中实用且可持续的应用。这些发现强化了菠萝蛋白酶作为未来酶的相关性，与其全球应用的新兴趋势相一致。