化石燃料的不可再生性以及产生的环境问题，迫使人类对开发利用清洁可再生能源的需求日益强烈。微藻作为新一代生物质具有生长速率快、光合效率高、全年不间断生产、不与粮争地、油脂含量高和含有高附加值生物活性物质等优点，正成为制备生物燃料和生物化学品的主要平台原料。利用含油微藻同时制备生物柴油和生物燃气，不仅可以生产优质高效清洁的替代能源，而且还能有助于减少全球碳排放。微藻能源产业化目前成本居高不下的主要难题之一就是产能物质的提取以及提取前的高能耗脱水过程。采用生物酶法破壁不仅避免了脱水干燥过程，而且反应条件温和、能耗低及无需添加化学试剂，并且其高选择性水解对油脂品质和其它生物活性分子的影响较小，从而可实现高附加值产品与生物燃料的联产，提高微藻能源化利用的经济性与环境效益，增加其同化石燃料的竞争能力。本研究采用生物酶法预处理微藻提取油脂制备生物柴油以及藻渣厌氧发酵生产生物燃气。目前对生物酶法破壁的研究多集中在单类酶预处理，关于复合酶形式水解微藻以及相关的酶解影响因素研究较少，并且针对细胞壁酶解过程不明确，另外对微藻提油后的残渣利用关注也较少。因此，本论文分别从微藻细胞壁组成及结构、高效复合酶的筛选及酶解条件优化、微藻酶解反应的影响因素、微藻细胞壁酶解规律和提油后微藻残渣的利用等方面进行研究。　　选取栅藻为研究对象，对微藻细胞壁主要成分及结构进行分析。结果显示栅藻细胞壁中糖成分差异较大，碳水化合物含量占细胞壁干重38.71±2.85％，中性糖含量最多为22.93±1.02％，其次为糖醛酸15.78±0.74％，未检测到氨基糖的存在，其中葡萄糖占中性糖总含量高达65.91±4.87％，另外木糖、半乳糖和甘露糖含量之和为27.01±1.27％，说明栅藻细胞壁属于葡聚甘露糖结构。栅藻细胞壁中总氨基酸含量为30.73％，其中氨基酸含量较多的为天冬氨酸、谷氨酸、丙氨酸和亮氨酸。栅藻细胞壁中金属元素总含量为9.28mg/g干重细胞壁，其中含量最丰富的金属元素为Al、Fe、Mg、K、Na和Ca，其含量占细胞壁中总金属元素含量组成的90％以上。栅藻细胞壁最外层结构主要是脂肪族化合物和多肽等组成的胶鞘层，内层细胞壁结构主要由纤维素和半纤维素组成。　　针对栅藻细胞壁的结构特征，采用纤维素酶、木聚糖酶、果胶酶、蜗牛酶、溶菌酶和胰蛋白酶分别水解栅藻并对其酶解反应条件进行优化，结果显示经过纤维素酶、木聚糖酶和果胶酶水解栅藻后的油脂回收率(66.22-66.70％)要高于蜗牛酶、溶菌酶和胰蛋白酶处理的油脂回收率(50.19-53.37％)。另外通过多酶组合复合酶的水解栅藻实验发现，以纤维素酶、木聚糖酶和果胶酶组成的复合酶水解微藻的油脂回收率可达到77.10％，比对照组的油脂回收率提高65.53％。因此，选择纤维素酶、木聚糖酶和果胶酶作为酶解破壁栅藻的复合酶组成。　　为进一步提高复合酶水解栅藻的油脂产率，采用响应面方法中的中心组合实验设计，以栅藻的油脂产率作为评价指标，优化出复合酶水解栅藻的最佳反应条件:温度45℃、pH4.4，反应时间190min，纤维素酶浓度20mg/g干重栅藻、木聚糖酶浓度14mg/g干重栅藻、果胶酶浓度10mg/g干重栅藻。在该反应条件下得到的油脂回收率为86.40％，比对照组的油脂回收率提高96.43％。通过对酶解提取油脂中脂肪酸成分及含量进行分析，发现棕榈酸(C16∶0)、硬脂酸(C18∶0)和油酸(C18∶1)占脂肪酸总量的70％以上，另外栅藻酶解促进了山嵛酸(C22∶0)、二十四碳酸(C24∶0)和二十二碳六烯酸(C22∶6)等长链脂肪酸的释放。在最佳酶解反应条件下制备生物柴油的产率达到72.50±4.30mg/g干重栅藻，比未经酶处理的增加113.24％。采用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱、X射线光电子能谱和高效液相色谱对复合酶处理栅藻前后的细胞壁结构进行表征，发现复合酶预处理能有效破坏栅藻细胞壁形态和结构，其中主要归因于细胞壁上纤维素和半纤维素等糖类化合物中糖苷键的断裂。　　针对复合酶催化水解栅藻属于非均相体系，将栅藻酶解过程分为酶的吸附阶段和酶解反应阶段，研究表明栅藻对复合酶的吸附过程符合Langmuir方程，并分析了栅藻酶解反应速率与复合酶吸附量之间在一定范围内存在正相关关系。构建了栅藻酶解反应过程的吸附-反应动力学方程为1/r=0.18211+38.8897/p，其中栅藻酶解最大反应速率rmax=5.49mg/(g·h)，反应速率常数Kp=213.55mg/g。　　针对复合酶水解栅藻细胞壁降解规律，设计多组不同纤维素酶、木聚糖酶和果胶酶顺序的栅藻酶解实验。研究显示不同酶解顺序对栅藻酶解效率有一定的影响，其中栅藻酶解顺序依次为果胶酶，纤维素酶和木聚糖酶的油脂回收率可达到100％。采用高效液相色谱、扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱和X射线光电子能谱等表征方法表明复合酶水解栅藻细胞壁过程中，首先是细胞壁外层结构最先被果胶酶破坏，其次是内层的纤维素和半纤维素先后被纤维素酶和木聚糖酶降解。　　考察四种常见化学絮凝剂明矾、三氯化铁和生物絮凝剂壳聚糖、聚丙烯酰胺分别对纤维素酶、木聚糖酶和果胶酶的活力及对复合酶预处理栅藻提油的影响。结果显示不同浓度的明矾、壳聚糖和聚丙烯酰胺均对纤维素酶活力有不同程度的抑制而对木聚糖酶活力有激活作用。三氯化铁在低浓度(0.05-0.10g/L)能增加纤维素酶和木糖酶的活力，而在高浓度(1.00-2.00g/L)对纤维素酶和木糖酶的活力起显著的抑制作用。另外不同浓度的三氯化铁，壳聚糖和聚丙烯酰胺均对果胶酶活性均有一定的激活作用，而明矾对果胶酶的活性产生显著的抑制作用。而在复合酶最佳反应条件下，发现明矾、三氯化铁、壳聚糖和聚丙烯酰胺对复合酶水解栅藻提油产率及糖含量的影响较小。表明纤维素酶、木聚糖酶和果胶酶组成的复合酶体系比较稳定，并且在不同絮凝剂浓度下能复合酶仍能维持较高的活性。　　针对栅藻提油后残渣的理化特性研究显示残渣含有高含量的碳水化合物和蛋白质，并且富含多种发酵细菌所必须的营养元素。通过对残渣单独厌氧发酵性能和与能源草混合厌氧发酵产气性能进行研究，结果表明栅藻残渣单独厌氧发酵浓度高于15gVS/L时，系统会出现一定程度的氨抑制和酸积累现象。采用栅藻残渣与能源草混合厌氧发酵，发现栅藻残渣与能源草的VS比例在1∶5时存在协同产气效应，实际产甲烷率达到最大值为206.45±5.13mL/gVS，生物降解率为51.59％，比栅藻残渣单独厌氧发酵的产气率和生物降解率分别提高62.35％和90.86％。另外通过对栅藻能量产出进行分析，发现对栅藻提油后残渣的再利用能显著提高栅藻的能量产出，通过联产生物柴油和生物燃气的能量产出可达10.52KJ/g，是栅藻单独制备生物柴油能量产率的3.68倍。