微藻在太阳光驱动下可将CO2和光能转化为可生产生物燃料的油脂和碳水化合物,同时还可产出蛋白质、色素和活性物质等高附加值产物,其中微藻叶黄素由于其具备预防缓解多类癌症及慢性疾病的功效,有着极高的市场价格和需求量。然而,现有微藻叶黄素的提取方法效率低、纯度低、溶剂易污染、成本高等问题,去色素藻渣的发酵产气也缺乏研究。因此,对微藻叶黄素析出动力学、高效萃取方法、去色素藻渣发酵制备生物燃气等方面展开研究,具有重要的学术价值和工程应用价值。本文以蛋白核小球藻为研究对象,采用超临界二氧化碳萃取法对微藻中叶黄素进行萃取,进而对萃取后的去色素藻渣进行发酵制备生物气,从而实现微藻的高值化和能源化利用。首先,围绕微藻细胞壁与叶黄素析出关系,探究了微藻叶黄素析出动力学,获得了微藻破壁程度与藻细胞内叶黄素析出浓度之间的动力学方程。其次,研究了超临界萃取系统中萃取压力、温度和萃取时间等参数对微藻生物质萃取的影响,确定超临界萃取叶黄素的最佳工况。同时,针对超临界萃取存在的萃取率和萃取纯度低、微藻破壁效果不明显等问题,提出改进助溶剂以提高超临界萃取叶黄素效果的方法:一方面使用离子液体辅助超临界萃取以大幅提高萃取产物中叶黄素的纯度;另一方面明晰低毒性助溶剂对微藻各组分的助溶特性,进而提出使用组合型助溶剂梯级萃取微藻内非色素物质和叶黄素。最后,实验研究了利用去色素藻渣进行二次利用发酵制备生物气的性能,并针对先萃取色素、后藻渣发酵的微藻梯级利用系统开展了经济性分析。主要结果如下:（1）通过破壁预处理措施和微藻原料水分控制,破壁微藻的叶黄素析出率得到明显提高。研磨处理后的微藻逐渐透化,叶黄素析出率大幅提高到0.078 mg/m L。超声波处理后,叶黄素浓度大幅提升至2倍以上。含湿微藻的色素萃取受含湿量的影响,含湿量50%的微藻叶黄素萃取率反而提高了11.4%。叶黄素析出动力学分析显示,微藻细胞壁的破壁对叶黄素析出有较显著影响,破壁率增加,从破壁细胞壁中析出的叶黄素占比也显著提高。叶黄素析出过程热力学分析显示,随着细胞破壁率的上升,叶黄素的析出过程更易自发反应。（2）采用超临界二氧化碳萃取法对微藻中叶黄素进行萃取,萃取产物中叶黄素的萃取率随细胞破壁率的变化并不明显。在超临界萃取主要影响因素中,压力对叶黄素萃取率有较大影响,而温度和时间仅对色素纯度有一定作用。萃取各影响因素的主次顺序为:压力＞时间＞温度,最佳的超临界萃取工况为萃取压力25 MPa,萃取温度50℃,萃取时间180 min。使用5%浓度的离子液体溶液作为超临界萃取的助溶剂,萃取产物中非叶黄素杂质下降了近95%。通过组合常见的低毒性有机溶剂作为助溶剂对微藻进行梯级萃取,发现正己烷/二甲基亚砜和石油醚/乙酸乙酯的两种组合具有明显的色素与非色素物质的梯级萃取效应。利用正己烷/二甲基亚砜先提取藻内非色素杂质、再提取的叶黄素,可实现微藻叶黄素的完全高纯度提取。（3）利用去色素藻渣进行发酵的研究表明,超临界萃取藻渣的发酵性能最优。从发酵产甲烷产气量来看,超临界萃取藻渣的甲烷产量远高于原藻。超临界藻渣组分检测表明,微藻经过超临界二氧化碳萃取色素后,胞内的糖类物质下降不到2%。对微藻萃取色素及藻渣发酵系统进行经济性分析发现,结合微藻叶黄素提取与发酵,系统净现值由单发酵的0.04提高到了0.614,较单纯萃取色素也提高了约5.6%,系统的经济性得到显著提高。