本项目属畜牧学饲料加工技术领域。近年来，饲用酶制剂在畜牧行业的应用非常广泛，全球饲料酶年生产总值达到100亿元。植酸酶、木聚糖酶和β-葡聚糖酶是应用最广的几种饲料酶，具有消除饲料中抗营养因子，提高饲料利用率的作用。植酸酶还能降解植物饲料中的植酸，释放有效磷，减少无机磷使用，降低环境中磷污染。本项目针对上述三种饲料酶应用中常出现有效性差、酶性质不理想等问题，从基因、表达及发酵3个层面对饲料酶生产进行了改造。1）基因改造方法创新① 基因优化方法创新。本项目综合基因转录和翻译效率、RNA和蛋白稳定性等诸多因素，创新了外源基因优化设计理论。基于该理论完成了上千种基因优化及异源宿主中的高效表达。与同类方法相比，优化的基因结构稳定、表达量高。改造的植酸酶基因在工程菌中高密度发酵表达量高达40g/L，为国内外报道的近3倍。② DNA重排技术改良。DNA重排技术获2018年诺贝尔奖。本团队一直跟踪改良该技术，率先将基因合成、推理设计、家族重排等技术有机结合，建立了一种基于半推理设计的基因体外定向分子进化体系；创建了DSN酶均一化突变文库构建体系，改善了突变率低的问题；将ClonExpress体外重组体系应用于突变DNA高效建库，使突变基因文库的容量增加10倍以上。改良方法成功应用于多个基因性能改造，并受Human Press出版社邀请撰写了专著，受邀在本领域权威期刊上发表综述。③ 饲料酶基因筛选平台优化。本项目结合生物信息学，基因合成技术及膜载体酶活性分析技术，建立了一套高通量饲料酶基因筛选平台。2）饲料酶工程菌株构建和改良本项目通过对启动子的改造，创制出能利用葡萄糖发酵的工程菌，发酵成本降低30-40%；通过信号肽结构改造，饲料酶分泌表达效率提高了20-30%；利用基因组重排提高了菌株的稳定性及饲料酶表达量。3）饲料酶发酵技术创新本项目从生化工程技术出发，开发了毕赤酵母工程菌高密度发酵的流加批发酵自动控制工艺，形成了发酵工艺和装备相结合的国产技术，建立了国际上最大的生产线。本项目利用高通量饲料酶基因筛选平台，从不同微生物中挖掘出多个高比活饲料酶基因，利用基因优化和DNA重排技术对大肠杆菌、柠檬酸杆菌和耶尔森氏菌来源植酸酶基因进行改造，获得高比活、抗胃蛋白酶、耐90℃高温且常温下高活性等多种性质优良的植酸酶；对木聚糖酶基因改造，获得热稳定且适合动物胃肠pH的饲用木聚糖酶；对β-葡聚糖酶基因改造，获得高比活广pH 的β-葡聚糖酶。本项目发表国外专著1部，论文27篇，其中SCI论文17篇（2篇IF>5.0）；申报发明专利15项，8项获专利授权；创制的饲料酶在青岛蔚蓝生物集团有限公司规模化生产，近3年新增产值近2.5亿元，饲料酶累积用于4800万吨饲料，创造社会效益达到17.76亿元，以上绿色饲料酶制剂的商业应用，获得了良好的生态效益。经查新咨询，该项目整体达到国际先进水平。