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羽毛作为家禽屠宰业的副产物,每年产量巨大。羽毛的主要成分为角蛋白,其含量高达90%之多,富含有丰富的动物成长所必须的氨基酸,还含有常量元素、微量元素以及一些未知生长因子,由于角蛋白的化学结构很稳定,一般条件下不溶解,也很难被一般的蛋白酶所水解。物理化学方法处理产品,易造成产品品质低、氨基酸破坏严重、耗能高、污染高等问题,而利用生物降解角蛋白是一种较好的替代方法,不仅改善羽毛角蛋白的营养价值,还利用了环境废物。同时角蛋白及角蛋白酶在肥料、医药、化妆品等领域有较高的利用价值及广阔的发展前景。本研究采用以羽毛(或羽毛粉)为唯一碳氮源的培养基筛选高效降解羽毛角蛋白菌株,以羽毛粉的降解率为判定依据,从长期堆放死鸡的发酵池中分离到一株具有高效降解羽毛角蛋白能力的菌WHK4。根据形态学、生理生化特性和16S rRNA的比对结果,该菌株与短小芽孢杆菌相似性达99.7%,确定菌株WHK4为短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus),并命名为短小芽孢杆菌WHK4(Bacillus pumilus WHK4).发酵48h,羽毛粉降解率达到85.76%。以昆明小白鼠为实验动物,将培养24h,活菌数高达8.7×1013CFU/mL的细菌WHK4进行小白鼠灌胃以及由WHK4发酵60h的羽毛培养基上清液小白鼠灌胃,急性毒性试验表明,小白鼠没有死亡,群体健康；处死试验组和对照组的小白鼠,剖检观察发现试验组小白鼠肝脏、肾脏、肺脏、肠道等器官无任何病理变化,结果显示短小芽孢杆菌WHK4及发酵产物对小白鼠安全的。菌株WHK4以10%的羽毛为底物降解效率进行了优化,确定最佳发酵培养基为：羽毛100.0g/L, MgSO4·7H2O0.15g/L, NaC10.15g/L, CaCl20.005g/L, K2HPO40.09g/L KH2PO40.54g/L。最佳发酵条件：初始pH8.0,接种量6.0%,茵龄18h,发酵温度37℃,摇床转速180r/min。测定表明优化后的发酵培养基,发酵60h,羽毛降解率高达52.0%。如果用等量的羽毛粉代替羽毛,发酵60h,羽毛粉降解率可达到74.4%。在最佳培养基组成和培养条件下,对羽毛发酵进程进行研究。结果显示,发酵36h时,锥形瓶内呈现棕深色浑浊的液体。扫描电镜观察羽毛变化及羽毛降解率结果显示,羽小枝和羽毛梗是同步进行降解的,发酵24h后,羽毛结构进入明显破坏的剧烈阶段,降解率达21.5%；发酵60h时,羽小枝几乎全部脱落,羽毛梗表明出现很深的凹陷,羽毛降解率达52.0%；发酵72h时,羽毛梗出现断裂和分离现象,降解率达54.2%。发酵上清液SDS-PAGE电泳显示,随发酵时间的延长,发酵上清液中可溶性的小分子蛋白增多。发酵84h,上清液中可溶性蛋白含量最高,可达1.84mg/mL,随后浓度有下降趋势。以短小芽孢杆菌WHK4(Bacillus pumilus WHK4)为材料,进行发酵产酶。经低温离心制备粗酶液,测定角蛋白酶酶学性质；该酶的最适温度为60℃,在40℃-50℃能保持良好的热稳定性,最适pH8.0；DTT能较好的提高酶活性,而PMSF对酶活性具有很强的抑制效果。本研究为微生物发酵降解羽毛角蛋白提供了优良高效的菌株,在优质蛋白质饲料生产中具有潜在的应用前景。