[00831451]耐高温饲用酶改造与新型饲用酶发现关键技术及应用

酶作为一种生物催化剂，广泛应用在饲料中，能降解饲料中木聚糖、植酸等难消化的抗营养因子，提高饲料利用率.但是，在高温饲料制粒过程中酶活损失高达90%，在生产应用和储存运输过程中酶的不稳定也影响了酶的应用效果;同时，饲用酶种类单一，远不能满足各类饲料高效降解的需求.如何有效提高酶的稳定性、高效克隆饲用酶，是饲用酶制剂乃至整个酶制剂行业共性关键问题.针对上述问题，课题组取得拥有自主知识产权的创新性研究成果:(1)依据自创的基于氨基酸热扰动基础的蛋白质稳定性预测模型，发明了一种酶蛋白热稳定功能导向的蛋白质工程改造技术，实现了"酶蛋白热稳定预测"与"酶蛋白热稳定定向进化"的紧密结合，获得热稳定木聚糖酶和植酸酶，其去折叠温度Tm值分别提高了12度和10度;(2)依据自创的吸附载体与酶分子适配的关系模型，发明了"包被颗粒酶生产工艺"技术，在酶蛋白外部实施包被保护，进一步提升酶的稳定性能.(3)建立了一种从特殊环境微生物高效快速克隆新型酶的方法，解决了特境微生物基因资源挖掘的难题，获得了22个种类的饲用酶，50多个饲用酶基因，其中14种新型饲用酶具有双功能的特性，为有效降解各类饲料中抗营养因子提供了酶源. 本发明技术在饲用酶中的应用，成功获得了包被耐温木聚糖酶和植酸酶，经国家饲料质量监督检测中心的分析，其热稳定性分别是91%和85%，均明显高于市场销售的主流同类产品，研究水平国内领先、国际先进.科技查新表明，该项成果技术指标在国内外未见报道. 该成果突破了高温饲料制粒中酶活损失严重的瓶颈，为新型酶制剂创制与应用奠定了基础.该成果申请发明专利8项，授权4项，发表论文15篇.被多次正面引用，如台湾酶学专家刘嚞睿教授应用我们热稳定性改造策略，提高了纤维素酶Cel12A的热稳定性，研究成果发表在Appl Microbiol Biotechnol上.本研究成果成功实现规模化工业生产，获得饲用包被耐温木聚糖酶和包被耐温植酸酶饲料酶制剂，近三年累积新增产量7278吨，新增产值1.84亿元，新增利润5366万元.研究成果的成功应用使原本不能使用酶制剂的高温制粒饲料可以大规模应用热稳定的酶制剂，饲用酶的应用取得了质的飞跃. 本成果产品推广应用到全国30多个省市的饲料工业，其中包括全国80%百强饲料企业，还远销俄罗斯等25个国家地区，全球直接用户6000家，对提升中国科技产品的国际竞争力产生了重要影响;在国内100多家饲用酶制剂企业中市场占有率17.59%，居全国之首;节约饲料成本10-30元/吨，2011年中国饲料产量1.784亿吨中50%为高温制粒饲料，市场潜力巨大;有效提高了饲料营养物质的利用率，减少氮磷排放对环境的污染，推动了绿色饲料工业和养殖业的可持续健康发展;具有显著的经济和社会效益.