Bromelain

Bromelain gehört zu den Thiol-Proteasen und ist ein proteolytisches Enzym, das aus Ananas extrahiert wird, hauptsächlich in den Stängeln und Früchten zu finden. Bromelain kann je nach Extraktionsort in Stängelbromelain (EC 3.4.22.4 oder EC 3.4.4.24) und Fruchtbromelain (EC 3.4.22.5) unterteilt werden. Aufgrund seiner hohen biokatalytischen Aktivität wird Bromelain in verschiedenen industriellen Bereichen mit der kontinuierlichen Verbesserung der Enzymreinigungstechnologie weit verbreitet eingesetzt. In der Biochemie kann Bromelain zur Herstellung von Käse, Gelatine und hydrolysierten Proteinen verwendet werden. In der Lebensmittelindustrie kann Bromelain als Lebensmittelzusatzstoff zur Zartmachung von Fleisch und zur Klärung von Bier eingesetzt werden. In der Pharmaindustrie wird Bromelain zur Behandlung von Ödemen und verschiedenen Entzündungen eingesetzt, da es Fibrin und Blutgerinnsel auflösen kann. Bromelain ist harmlos für normales Gewebe und beeinträchtigt nicht die Hauttransplantation, sodass es für die Behandlung kleiner Bereiche von tiefen Verbrennungen geeignet ist.

Molekulare Struktur

Bromelain ist ein Enzymsystem, das aus einer Vielzahl von Enzymen mit unterschiedlichen Molekulargewichten und molekularen Strukturen besteht, darunter mindestens 5 proteolytische Enzyme. Darüber hinaus haben einige Bromelain auch Phosphatase, Peroxidase, Cellulase, Glycosidase und nicht-proteinogene Substanzen. Bromelain ist ein Glykoprotein mit einem Oligosaccharid in seiner molekularen Struktur, das aus Xylose, Fucose, Mannose und N-Acetylglucosamin besteht. Ishihara und Yasuda et al. schlossen die Struktur des Oligosaccharidmoleküls von Bromelain ab.

Abbildung 1. Die molekulare Struktur des Oligosaccharidmoleküls von Bromelain, wie von Ishihara und Yasuda et al. vermutet.

Eigenschaften

Der isoelektrische Punkt von Bromelain liegt bei 9,55, und die maximale Absorptionswellenlänge der Enzymlösung beträgt 280 nm. Aufgrund seiner Zusammensetzung aus mehreren Enzymmolekülen ist das katalytische Substrat von Bromelain vielfältig. Es kann Proteine, Peptide, Ester und Amide zersetzen, und seine proteolytische Aktivität ist mehr als 10-mal höher als die von Papain. Die essentielle Gruppe, die Bromelain zur Katalyse benötigt, ist nicht das Oligosaccharidmolekül, sondern die Sulfhydrylgruppe in der Peptidkette. Darüber hinaus sind die Carboxylgruppe und die Hydroxylgruppe in der molekularen Struktur von Bromelain ebenfalls unabhängig von der Enzymaktivität. Die katalytische Aktivität von Bromelain ist empfindlich gegenüber pH-Wert, Temperatur, Metallionen, EDTA und Reduktionsmitteln. Der optimale pH-Wert des Enzyms liegt bei 7,1, der stabilste pH-Bereich liegt zwischen 3,9 und 4,2, und die optimale Reaktionstemperatur beträgt 55 °C. Mg²⁺ und Ca²⁺ haben bei hohen Konzentrationen eine hemmende Wirkung auf die Bromelainaktivität, wirken jedoch bei niedrigen Konzentrationen fördernd. EDTA kann die für die Bromelainreaktion erforderlichen Metallionen chelatisieren, wodurch die Aktivität von Bromelain verringert wird. Das Hydrochloridsalz von Cystein fördert die Enzymreaktionsgeschwindigkeit innerhalb eines bestimmten Konzentrationsbereichs.

Stabilität

Bromelain ist ein Multi-Enzymsystem. Aufgrund der unterschiedlichen Stabilität der verschiedenen Enzyme ist die Anpassungsfähigkeit von Bromelain an die Veränderungen der äußeren Umgebung sehr eng, was zweifellos große Einschränkungen für seine industrielle Produktion mit sich bringt. Es gibt viele Faktoren, die die Stabilität von Bromelain beeinflussen, wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Bromelain kann bei hohen und niedrigen Temperaturen inaktiviert werden. Die Verlustquote der Enzymaktivität bei 4 °C über 6 Monate beträgt 5%-10%, und die Verlustquote der Enzymaktivität bei Normaltemperatur liegt bei bis zu 10%-15%. Unter Hochtemperaturbedingungen erhöht eine große Menge Wasser in der Luft die Flexibilität der Struktur von Bromelain und verstärkt die Selbsthydrolysefähigkeit, wodurch der Denaturierungsprozess beschleunigt wird. Einige Metallionen, organische Carboxylate, Monosaccharide usw. können Bromelain bis zu einem gewissen Grad stabilisieren, und dieser Effekt wird durch die Stabilisierung seiner dreidimensionalen Konformation erreicht. Darüber hinaus bindet unmodifiziertes Polyethylenglykol nicht an Bromelain und verhindert die Bindung von Bromelain an das katalytische Substrat im Reaktionssystem, wodurch die Enzymaktivität verringert wird. Wenn jedoch das mit Succinanhydrid aktivierte, chemisch modifizierte Polyethylenglykol Bromelain modifiziert, wird die Stabilität des modifizierten Enzyms im Vergleich zu dem nativen Bromelain erheblich verbessert.

Anwendungen

• Anwendung von Bromelain im medizinischen Bereich

Bromelain hat eine gute Wirkung bei der Prävention und Behandlung von Durchfall bei monogastrischen Tieren. Bromelain nutzt seine proteolytische Funktion, um die Rezeptoraktivität pathogener Stämme im Darm von Tieren zu hemmen, wodurch deren Adhäsion in vivo verringert wird. In den meisten Fällen wird Bromelain in einem bestimmten Verhältnis zu anderen Medikamenten als Arzneimittel verwendet, um die besten klinischen Ergebnisse zu erzielen. Chlorpheniramin ist eine Klasse von Antiallergika, die in Kombination mit Bromelain hervorragende entzündungshemmende Wirkungen bietet und eine erhöhte Kapillarpermeabilität aufgrund von Histamin verhindert. Bei männlicher chronischer Prostatitis ist die Behandlung mit Antibiotika plus Bromelain-Tabletten mit magensaftresistenter Beschichtung signifikant besser als mit Antibiotika allein.

• Anwendung von Bromelain in der Lebensmittelindustrie

Bromelain ist eine Thiol-Protease, die direkt mit myofibrillären Proteinen interagiert, Fibrin und Bindegewebe hydrolysiert, Proteine in kleine Moleküle von Peptiden und Aminosäuren zersetzt, Muskelstränge und Sehnen bricht und das Fleisch zart und glatt macht. Die Verwendung von Bromelain zur Hydrolyse von Kollagen zur Herstellung von Gelatine kann Lebensmittel eindicken und emulgieren sowie den Gehalt an leicht verdaulichen und absorbierbaren Lebensmitteln erhöhen und hat eine therapeutische Wirkung.