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酶作为一种生物催化剂具有高效、温和、环保的优点，在工业生产中可以作为一种安全环保的生产方式，受到越来越普遍的关注和应用。L-色氨酸是人和动物重要的必需氨基酸，在医药、食品和饲料添加剂等方面具有广泛的用途。由于丝氨酸羟甲基转移酶（Serine hydroxymethyltransferase，SHMT）和色氨酸酶（Tryptophanase，Tpase）两种酶特殊的物理和化学特性，可以利用甘氨酸和吲哚采用双酶结合联用的方法酶法转化生产 L-色氨酸，将为色氨酸的高效生产带来新的曙光。γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）在食品、医药保健、饲料加工领域都有广泛的应用前景，其市场需求也越来越大。谷氨酸脱羧酶（Glutamate decarboxylase，GAD）是一种能够高效专一的催化谷氨酸生产γ-氨基丁酸的酶，因此在发酵工业、制药等领域发挥着很重要的作用，但游离态的谷氨酸脱羧酶在应用上却受到很大的限制，因此对其进行固定化研究和转化过程控制就成为酶工程的重要课题之一。 为了实现双酶共表达和催化的功能，本文首先构建一株丝氨酸羟甲基转移酶和色氨酸酶共表达菌株（BL21-pET28a-SHMT-Tpase），并采用design expert软件设计和优化了酶活表达诱导条件，考察了IPTG浓度，温度和时间等对丝氨酸羟甲基转移酶和色氨酸酶酶活的影响。根据响应面结果确定BL21-pET28a-SHMT-Tpase共表达菌株在0.5 mM IPTG浓度、33℃条件下诱导4 h表达的酶活性最高，丝氨酸羟甲基转移酶和色氨酸酶酶活分别为5500 U和1300 U。并进一步确定了酶法转化条件，实现由甘氨酸到色氨酸的高效转化，当甘氨酸浓度为1 g/L时，转化率为45.72％。 另外本文还构建了一株谷氨酸脱羧酶具有纤维素结合域固定化标签的谷氨酸脱羧酶表达菌株（BL21-pET35b-GAD），并考察了高碘酸氧化和纤维素结合域亲和吸附等多种谷氨酸脱羧酶的固定化条件，实现由谷氨酸到γ-氨基丁酸的固定化高效转化。测定γ-氨基丁酸含量验证酶活约为0.9 U，转化率为100%。此外，采用近红外光谱在线控制技术监测反应过程，优化了光谱预处理方法，构建了谷氨酸和γ-氨基丁酸多元校准模型，实现了产物和底物含量的准确预测。利用该技术结合酶法固定化转化条件，实现了近红外技术监测酶法转化过程，描绘了100 g/L谷氨酸底物连续酶法转化生成GABA过程的反应过程曲线，当选定波长区间为1567～1789 nm时，对于L-谷氨酸外部验证的预测标准偏差为1.7 g/L，决定系数为97.81%；对于γ-氨基丁酸外部验证的预测标准偏差为5.14 g/L，决定系数为92.91%，可用于酶法转化过程中预测谷氨酸和γ-氨基丁酸的含量变化。 本研究成功构建构建一株丝氨酸羟甲基转移酶和色氨酸酶共表达菌株，和一株谷氨酸脱羧酶固定化表达菌株，进行酶法转化条件的优化，以及建立转化过程快速检测方法，为 L-色氨酸和γ-氨基丁酸的酶法转化和近红外在线监测提供了理论和实践基础。