第二章 文獻回顧
第六節 微藻的培養與生長環境
培養微藻的方式可以分為開放式系統和密閉式系統，選擇微藻所適合的培養 系統所要考量的因素有:微藻的生物性質、土地面積、人力、能源、營養源和後續 產物(Borowitzka, 1999)。
表 2-5 微藻培養系統的方式
微藻培養系統 微藻培養方式
開放式系統 大型淺池、圓形培養池、
跑道培養池、開放式槽體
密閉式系統 發酵槽、平板光化反應器、
培養袋、管型光化反應器
根據表 2-5 可以知道開放式系統有大型淺池、圓形培養池、跑道培養池和開 放式槽體；而密閉式系統有發酵槽、平板光化反應器、培養袋和管型光化反應器。
開放式系統幾乎都在戶外環境培養微藻，優點有可以直接把太陽光照當成光 源、容易大規模培養和花費的成本低，因此大部分的工廠都是採用開放式系統培 養；但缺點是容易受到天氣影響，藻種也容易受到動物和細菌汙染(Grima, Belarbi, , Fernandez, Medina ＆ Chisti, 2003)。密閉式系統優點有容易控制環境因子使微藻 能穩定培養、比較不容易被感染和所有微藻都適用；缺點是無法大規模培養加上 經濟成本昂貴(Pulz, 2001)。一般影響微藻生長的環境因子有溫度、pH、碳源、光 源和其餘營養源。
生長環境的溫度對於生物體內的酵素有著極大的影響力，因此溫度也是影響 微藻很重要的一個因子，太冷或太熱的溫度會直接導致微藻死亡 (Munoz ＆ Guieysse, 2006)，不同藻類都有其最適生長的溫度，依照適合溫度可以分成低溫 種、中溫種和高溫種三種微藻，如果在較低溫的環境，對微藻造成的影響並沒有
太大，但當溫度上升時，對溫度的忍受力就會有明顯的差別其可容忍的最高溫度
碳源，藻類需要 CO2才可以進行光合作用，微藻體內約含有百 40%~50%的碳，
也就是乾重為 1g 的微藻需要約 1.5~2 g 的 CO2。研究指出將 CO2通入批次反應器 中，可以增加培養液中的 CO2溶解量，CO2濃度的增加可以微藻的濃度也增加，
但是當 CO2的濃度過高時，會抑制微藻本身的生長，影響微藻的生長速度和產量。
碳源和氮源比例(C/N)和種類對微藻的生長及組成影響很大。有些微藻需要特定濃 度的微量元素才可以生長，像矽藻需增加矽的含量來培養，更換培養液中營養源 種類，也會造成微藻生長速率的改變(
T
akagi,Watanabe,Yamaberi＆ Yoshida,2000)。從林育生(2012)的研究顯示，蔗渣經由水解後，可做為小球藻生長所需之碳源，
用以生產生質柴油。以蔗渣水解液培養之小球藻總油脂最高有 26 ％。
根據 Yang ＆ Gao (2003)的研究指出，為了測試 CO2對微藻進行光合作用的 影響，選了 3 種微藻，分別是萊茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)
，
小球藻 (Chlorella pyrenoidosa)和斜生柵藻(Scenedesmus obliquus)，發現增加 CO2的濃 度會使微藻生長速度比原來使用空氣還要好很多，但是萊茵衣藻和斜生柵藻在 CO2濃度超過 10%會抑制而生長速度降低，而小球藻在 CO2濃度超過 15%生長速 率也開始緩慢，即使是都適合 CO2培養的微藻，所適的濃度也因藻種而有差異。表 2-6 各種微藻最佳的生長環境
藻種 溫度℃ pH 碳源 光照強度 Lux
小球藻 Chlorella sp. 20~30 5~8 15~25%CO2 1000~8000
擬球藻
Nannochloropsis oculata
25℃ 7~8.5 6~8%CO2 2000~5000斜生柵藻
Scenedesmus obliquus
20~30 9 9~10% CO2 2000~3000 衣藻Chlamydomonas reinhardtii
20~25 6~6.5 10% CO2 1000~2500骨藻 Skeletonema costatumm 25 7~8 大氣 CO2 2000~4200 周氏扁藻
Tetraselmis chui
25 7.5~8.5 2% CO2 12000~15000螺旋藻 Arthrospira maxima 25~35 8.5~10 NaHCO3 2000~5000
從表 2-6 可以知道大多微藻適合溫度都在 20~30℃左右，以 25℃為最佳的溫 度，而螺旋藻可以到 35℃依然生長良好；微藻適合酸鹼度除了斜生柵藻適合 pH 9，
其餘微藻幾乎都適合 pH 7 左右生長，擬球藻、骨藻、周氏扁藻適合微鹼，而依 藻適合微酸。而光照強度依藻種不同有很大的差異，衣藻只需要 1000Lux，而周 氏扁藻則需要到 15000Lux；無機碳源的利用也是因微藻的種類和環境條件而異，
例如螺旋藻可利用 HCO3－當做碳源，CO2則是微藻最普遍也是最通用的碳源，適 合的有小球藻、擬球藻、斜生柵藻、衣藻、骨藻、周氏扁藻。因此用來培養微藻 的碳源通常使用 CO2、NaHCO3、Na2CO3。
根據曾毓翎（2013）的研究指出小球藻(Chlorella vulgaris)在 pH 6 有最大藻 密度與比生長速率；楊仁宏(2013)的研究發現，使用 4000 LUX 連續照射 24 小時 並將起始水質環境調整至 pH=6.0 可達到最佳的生長效率與固碳速率。根據蘇郁 雅(2010)的研究指出，以生活汙水培養小球藻(Chlorella sp.)時，溫度控制在 25℃
最適合，有最快的小球藻生長速率和最高的去除率。
根據王姿月(2009) 的研究發現，小球藻(Chlorella vulgaris)生照光時間 16:8 的 生長率大於 12:12；而林佳蓉(2011)的研究顯示小球藻(Chlorella sp.)最適合在 24 小時照光的環境下生長；黃子庭(2012)的研究得知小球藻(Chlorella sp. TT-1)在以 廢氣培養下，24 小時照光會有較高的生長速率。