丙谷二肽是目前发展较快,应用最成熟的二肽产品,具有溶解度高、热稳定性好及分解速率快等优势,被广泛应用于食品,卫生医疗等各个领域之中。生物酶法作为一种新兴的合成丙谷二肽的方法,相比于传统的化学法来说具有绿色环保,副产物较少,反应迅速等优势,受到了国内外的广泛关注。但是目前生物酶法的研究还停留在实验室阶段,对于其工业化的方法没有相关报道。本论文以表达α-酯酰基转移酶的重组大肠杆菌为出发菌株,研究其高密度发酵策略及固定化策略,提高了丙谷二肽生产过程中的发酵效率并降低生产成本。为实现丙谷二肽的高效、经济的工业化生产奠定基础。首先,对于重组大肠杆菌的高密度发酵进行了条件优化。通过对培养基的种类,碳源、氮源等浓度进行选择优化,确定了最佳的发酵培养基:葡萄糖10 g/L,混合氮源24 g/L,磷酸二氢钾4.62 g/L,磷酸氢二钾25.08 g/L。在此基础上,在3 L发酵罐中对发酵过程的pH控制,补料种类以及补料方式进行了研究,选择出溶氧反馈补料的方法来达到菌株的高密度培养,其生物量为初始培养基的14倍。在高密度培养的情况下,诱导后全细胞催化丙谷二肽的生成率达到34.56 g/L,底物转化率约为53%,说明高密度发酵水平下的菌株仍然保持着较好的活性。其次,采用不同方法对高密度培养的重组菌株进行了固定化研究。发现了先包埋再对重组细胞中的外源蛋白进行诱导表达可以有效增强反应活性。从多种材料中筛选出了最佳固定化材料为海藻酸钠-氯化钙。在此基础上,进一步探究了固定化细胞的性质,发现在pH稳定性,温度稳定性方面比游离细胞都有明显的提升。在20℃~35℃,pH 8.0~9.0时均表现出较好的活性,最佳pH值为9.0。除此之外,固定化细胞重复使用十次之后,仍然保持着较好的活性。将固定化细胞放入连续流填料床反应器,实现了丙谷二肽的连续化生产。在流速为5 mL/min时,生产效率达到2.79mg/(min×mL-CV),底物转化率为51%。再次,对催化反应完成后的丙谷二肽分离纯化进行了探究。研究发现,利用在甲醇溶液中溶解性的差异,可以较好地分离丙谷二肽。将盐酸加入反应液处理,置于圆底烧瓶中减压蒸馏;将蒸馏出固体与纯甲醇混合,搅拌至充分溶解,抽滤取沉淀;沉淀加入70%的甲醇水溶液中,搅拌至充分溶解,抽滤取上清液;将上清液减压蒸馏得到丙谷二肽粗品。最后,基于上述研究成果,对于高密度发酵和固定化策略分别进行了简要的经济核算。高密度发酵生产相同量菌株时可以缩减80%的成本,具有较好的经济性。对固定化细胞反应进行经济核算,发现其生产成本为产物价值的40%左右,有较大的利润空间。