角蛋白酶在特异性降解角蛋白中具有重要应用价值,有利于促进羊毛、羽毛等角蛋白资源的回收再利用,并可减少环境污染、实现资源的可持续发展。但目前野生角蛋白酶的酶活和催化性能通常难以满足工业化生产的需求,限制了其深入开发利用。本论文采用定向进化策略筛选应用性能提升的角蛋白酶突变体,并通过培养优化及罐上发酵策略提高其表达量,进一步将角蛋白酶应用于羽毛高效降解,为优质蛋白质饲料的生物制备奠定基础。本论文的主要研究结果如下:（1）基于易错PCR技术开展角蛋白酶的定向进化提升其应用性能。通过改变Mn2+和Mg2+两种金属离子浓度优化易错PCR条件,经过两轮连续易错PCR,构建了一个库容量达8×10~3的突变体文库,经高通量筛选获得9个活性提升的角蛋白酶突变体,其中突变体T18（R72S/F107Y/N291S/N295D）具有最高酶活,达2382 U·m L-1,是野生角蛋白酶活性的2.1倍。对角蛋白酶突变体T18的催化性能进行表征,其在45～50℃时热稳定性提高,最适p H从11降到9,Km值降低,Vmax值提高。对角蛋白酶同源建模进行结构分析,发现酶性能提高主要与前导肽非保守区域和S1口袋结构区域附近氨基酸的改变有关。（2）通过培养基组分和发酵条件优化提高角蛋白酶产量。在定向进化改造的基础上,为了进一步提高突变体T18的表达量,重点对发酵培养的碳氮源及金属离子的种类和浓度、磷酸盐浓度、初始p H、培养温度、接种量进行了优化,突变体T18的角蛋白酶活性从2382 U·m L-1提高到4070 U·m L-1。为了继续挖掘突变株的产酶潜力,通过罐上放大培养来提高其蛋白分泌表达量。通过流加补料方式,进行7 L发酵罐产酶研究,结果表明,在108 h时,角蛋白酶的活性最高,可达8448 U·m L-1。（3）角蛋白酶在羽毛生物降解中的应用性能研究。首先对角蛋白酶的还原力和抗氧化性进行了表征,发现该酶具有显著的还原性,有利于打开角蛋白中的二硫键,从而促进羽毛的降解。单酶生物降解实验结果表明角蛋白酶可独立完成对羽毛的降解,降解率达49%。进一步通过角蛋白酶与商品化蛋白酶复配及其降解条件优化提高了对羽毛的降解效率。研究表明,在角蛋白酶:胰蛋白酶=1:1、酶活性为1600 U·m L-1、p H 9.0、45℃、添加1%亚硫酸盐、降解16 h的条件下,羽毛降解率可达89%,是单酶水解的1.8倍。降解产物的总氨基酸含量可达4.97 mg·m L-1,且含有大量的可溶性肽,是优质蛋白资源,在饲料行业具有潜在的应用价值。