微藻乙醇作为潜在的可再生能源燃料,其开发利用受到了人们的广泛关注。微藻是一种高光合效率、高产生物量的生物质资源,很多的藻体细胞中含有大量的淀粉、纤维素(Iα型)等多糖是制备燃料乙醇的优良原料。发展利用微藻制备燃料乙醇技术工艺,可以缓解我国目前日益严峻的能源短缺问题、减少温室气体排放和对环境的污染,具有极好的应用前景。针对藻类碳水化合物种类复杂、含水量高导致乙醇转化浓度低的瓶颈问题,该论文进行了藻种的筛选和培育;通过碱微创预处理提高藻体多糖化合物含量,有效分离难降解组分,提高了后续发酵的底物浓度;开展了高浓度底物酶解抑制效应的研究;通过高浓度底物同步发酵产乙醇工艺使乙醇浓度大幅度提高。对能源微藻培养转化工艺进行全面系统的评估,为加速微藻燃料乙醇的产业化进程提供一定技术指导。本论文针对上述内容主要开展了以下工作:1.鉴定了本实验内筛选的富碳优良藻种,评估了室外规模化内柱状生物反应器、室外平板光生物反应器及跑道池生物反应器中藻类生物质产率、环境耐适应性。平板反应器经过半连续15天培养运行后,微藻干重达到2.157g/L,生物量产率可达28.77g/d m~2,总碳水化合物含量为45.40%;200m~2敞开式跑道池培养30天,细胞密度达到1.092g/L,碳水化合物含量达到38.10%,单位面积产率达12.72g/d.m~2。2.解析碱预处理条件对细胞壁纤维结构解聚及藻细胞淀粉粒溶出行为,以及对后续的底物酶解速率、总糖产量、转化效率的影响。碱处理藻渣的葡聚糖和总糖占干重比例分别达到了35.45%和46.4%,与对照相比分别提高38.0%和32.1%;通过电镜和红外光谱验证表明碱处理主要作用于细胞壁多糖(纤维素,半纤维素类似物)的解聚,促进了细胞多糖晶体结构变化及油脂和蛋白随细胞质溶出。预处理底物酶解72小时酶解产量为96.3g/L,比对照组56.7g/L提高69%,转化率要比对照组同比提高5%。3.开展高浓度底物酶解抑制动力学研究,考察了不同底物浓度、外在添加的产物抑制及表面活性剂对酶促糖化反应的相应机制。在低底物浓度下,适量的酶浓度的提高有助于糖化得率增加,然而过高的酶浓度反而会一定程度抑制酶解过程,而产物抑制现象较弱;在高底物浓度下,表明底物浓度酶解过程中,单纯提高酶解浓度对产物得率影响微弱;阴离子表面活性剂Tween 80通过减弱酶与无效底物的吸附功能降低酶的使用量可以有效的促进低浓度体系的酶解,在添加表面活性剂酶解体系,延长反应时间更易于得到提高的葡萄糖得率提高。而在高酶浓度水解也可以用以加快酶解进程,降低高浓度酶解发酵成本。4.通过响应面模型优化预处理工艺;优化碱处理底物分批补料酶解工艺,比较分析不同酶解工艺的转化效率。基于上述响应面分析,得到并验证了葡萄糖产率最优条件0.25mol/L NaOH,60min,72℃。分批补料酶解以10%(w/v)固体起始水解,最后达到34%(w/v)固体负载量,酶水解120 h后,获得的最大葡聚糖浓度为129.50 g/L,这是目前关于使用酶解研究微藻糖化最高浓度。经过碱预处理的微藻中多糖的比例增加了60%,表明高固体量底物进过NaOH预处理和补料分批过程对于产生高糖浓度是解决高浓度酶解糖抑制的有效方案。5、采用重复性分批补料+SSF方式最终可获得55.01 g/L乙醇,乙醇转换率为80.5%。当底物浓度高于140 g/L时已经发生严重抑制作用,转换低于85%。分批补料SSF方式可进一步提高体系中乙醇浓度,被证明为一种高效的、可行的微藻乙醇工艺路线。6、微藻生物燃料乙醇的生产成本主要集中在培养、采收、微藻预处理及酶解发酵过程,本研究针对一种特定的微藻生物质,对藻种、培养方式、营养方式、生产方式、采收方式、预处理、酶解发酵工艺进行评估。