科创中国

行业领域

生物与新医药技术

需求背景

羽毛蛋白含量约85%，是自然界中蛋白含量最高的生物质之一，也是赋予头发、蹄和角韧性的纤维蛋白。随着禽类养殖的快速发展，全球每年产生超过1000万吨以上的羽毛废弃物大部分的羽毛或被焚烧、或进入垃圾填埋场、或作为低级动物饲料。羽毛粉蛋白含量高，氨基酸组成特点是富含甘氨酸、丝氨酸、胱氨酸及异亮氨酸，是解决饲料蛋白源紧张的有效来源之一。但羽毛粉角蛋白含量高，不易被动物体消化吸收。国内外，已有大量学者研究通过碱解、酶解等生化技术降解破坏羽毛粉中的角蛋白，生产可以被动物体吸收的饲用羽毛粉。如用蒸汽和一定的压力来水解羽毛以增加其可利用性，以及用强酸强碱进行处理，但成效有限。羽毛粉的降解产物外观通常为深黑色且具腥臭味，严重的影响了下游产品的质量。

需解决的主要技术难题

一是羽毛降解效率很低。羽毛由含大量二硫键的角蛋白紧密折叠而成，很难被降解利用。现有的羽毛粉生产工艺通过物理的高温高压膨化作用，因释放大量废气环保压力巨大。酶和生物降解是羽毛回收的绿色途径。以往的研究主要集中在角蛋白酶的开发上，然而在二硫键破坏之前，酶很难接近角蛋白，水解效率很低。二是羽毛降解会产生废液。一般情况下，羽毛通过高温高压的方式，用物理或化学的方式破坏二硫键，或者用酸/碱水解后作为饲料的原料，所有过程会排放含硫含氮的气体，酸碱有可能破坏氨基酸和小肽，并产生废液。三是酶工程成本较高。羽毛中85%是角蛋白，即使角蛋白酶拥有高活性，其降解效率依旧有限，主要原因是角蛋白中二硫键折叠造成蛋白酶无法靠近。尽管巯基乙醇等可以破坏二硫键，提高降解效率，但对于动物并不安全，而且酶工程成本较高，对产业化造成阻碍。

期望实现的主要技术目标

1.提升角蛋白酶活性与底物特异性的生产菌株分子改造与酶的改性；

2.基于生产菌株代谢特性的发酵条件优化与羽毛降解能力控制增强生产菌株降解羽毛的能力，缩短生产周期;

3.通过改造菌株和酶分子结构，实现对羽毛等角蛋白的高效水解实现目标产物的高效生产。

需求解析

解析单位：“科创中国”医疗康养产业科技服务团（中国生物工程学会） 解析时间：2023-11-13

陈修来

江南大学

教授

综合评价

此需求描述已足够清晰，方便专家进行需求跟进。研发酶法降解羽毛生产多肽粉关键技术，并实现产业化。此需求无需跨行业专家共同解决，技术解决路径如下：一是改造菌株和酶分子结构，对羽毛角蛋白进行高效水解实现目标产物的高效生产，二是优化生产菌株发酵条件增强生产菌株降解羽毛的能力，缩短生产周期。

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处理进度