α-酮戊二酸（α-Ketoglutaric acid,AKG）是一种短链羧酸分子,作为谷氨酸、谷氨酰胺等多种重要氨基酸的前体物质,不仅直接参与供能,还参与细胞内多种化学反应,具有多种生理作用,被广泛应用于各个领域。目前,AKG的主要生产方式有化学合成法、发酵法、全细胞转化法等。化学合成法存在安全隐患且容易造成环境污染。发酵法的生产条件比较苛刻,发酵液中成分复杂很难将其中的AKG分离。全细胞转化生产AKG具有低能耗、高特异性、杂质相对较少、环境友好等优势,该方法成为AKG生产研究的热点。对全细胞转化制备AKG的发酵产酶工艺、全细胞转化体系及分离提纯方法进行开发和优化,其研究结果如下:（1）对发酵培养基体系做Plackett-Burman（PB）实验,筛选出影响L-谷氨酸氧化酶酶活的最显著因素是培养基的葡萄糖浓度。对葡萄糖进行摇瓶水平单因素优化,得到最优的葡萄糖浓度为80 g/L,放大发酵体系至5 L罐水平进行验证,接种量为5%,间断补料的条件下,L-谷氨酸氧化酶的酶活为100 U,比优化前的酶活增加一倍以上。（2）对全细胞转化体系中过氧化氢酶、曲拉通X-100、L-谷氨酸氧化酶酶液浓度等条件进行单因素优化。曲拉通X-100和过氧化氢酶从原体系的2.5%和1%的添加量降低至0.06%,L-谷氨酸氧化酶酶液终浓度从25 OD降低至10 OD,转化率可以达到96.47%。最终,底物浓度为200 g/L时放大至5 L体系,AKG总产量高达170.6 g/L,摩尔转化率提升至98.3%。（3）由于AKG生物转化液中含有少量残留底物、杂蛋白、有机杂酸和色素等杂质,用单一的分离方法不易去除。对萃取法、离子交换法、钙盐沉淀法分离AKG进行探索,并在此基础上开发了钙盐沉淀法结合乙酸乙酯萃取AKG的组合方法1和钙盐沉淀法结合离子交换法的组合方法2,对转化液中的AKG进行更细致的分离。组合方法1:浓盐酸酸化转化液至pH=2.2,氢氧化钙做沉淀剂,在温度为70℃,pH=8.0的条件下进行中和反应生成α-酮戊二酸钙（CaAKG）沉淀。使用浓硫酸与CaAKG进行反应,pH=1的条件下酸解生成硫酸钙沉淀,AKG被解离到酸解液中,收率为85.87%。常温下使用乙酸乙酯萃取酸解液,过夜静置并重复萃取三次可以达到94.57%的萃取率,总收率为81.21%。使用旋转蒸发仪在50℃,负0.095 MPa压力的条件下进行蒸发结晶,取固定质量的AKG产物重悬,根据重量法计算晶体中AKG的纯度为97.32%。组合方法2:钙盐沉淀法的酸解液作为离子交换母液进行上样,动态上样参数:高径比2.5:1、上样浓度30 g/L、上样流速2.4 Bv/h、上样至树脂穿透的AKG吸附量为30 mg/g,动态洗脱参数:洗脱剂为0.8 M的氨水、洗脱流速2 BV/h。最终料液的色谱纯度从最初的78.79%提升为96.56%,收率为91.57%,晶体中AKG的纯度为82.5%。通过两种方法的探索和优化,对比后发现组合方法1制得的AKG纯品更贴近工业化生产AKG的指标。通过产酶优化、全细胞转化优化、分离提纯生物液中AKG方法的开发,构建了全细胞转化法制备AKG产品的完整下游开发流程,为未来工业化生产AKG提供了指导思路。