После некоторых длительных исследований кажется, что это невозможно при создании MSI с использованием VS 2010 Setup & Deployment.
Возможно, это удастся сделать с MSBUILD, так как это более мощный и гибкий инструмент, но в настоящее время у меня нет времени, чтобы подробно изучить этот путь.
Итак, пока в качестве временного обходного пути я ввел значения в app.config для производственной среды, поскольку именно это будет использовать MSI.
Мои трансформации все еще доступны для других сред. Но, учитывая, что я не развертываюсь в других средах с MSI, это не имеет значения.
На каком-то этапе я разберусь с сервером сборки и CI.
Надеюсь, это когда-нибудь кому-нибудь поможет.