光照是控制藻类培养生长的重要参数之一。它直接控制藻类进行的光合作用过程。[1]系统必须每天有 10 至 24 小时的照明，具体取决于藻类种类。对于大型开放式池塘系统，阳光是主要的光源[2] t。但阳光输出随着昼夜周期、不同天气条件和季节变化而波动很大。由于其不可预测性，引入人工光源以确保藻类的顺利培养。[3]
无论位置和天气条件如何，人工照明系统都能提供不间断的照明。还可以控制光强度以防止微藻进入光抑制（过度暴露于光合作用所需的光）或停滞（很少暴露于光以维持藻类生长）区域。[4]因此，小规模试点项目或实验室规模的微藻培养中正在使用不同类型的光，例如白炽灯、荧光灯、LED。[5] [6] [7]然而，LED在许多方面都表现出出色的性能，超越了白炽灯和荧光灯的性能。LED 可以产生与白炽灯或荧光灯相同的照明，同时消耗更少的能量。此外，其他优点还包括寿命更长、尺寸更小、能量耗散低、光电转换效率高等。但更适合微藻光生物反应器的是它能够发射所需的波长范围，并且很容易控制光强度。
市场上广泛销售不同颜色的 LED。对于实验室规模的光生物反应器，根据微生物的类型和微藻培养的目的设计了各种LED布置。因此，进行文献综述是为了更好地了解波长和光强度对微藻光生物反应器的影响。
1. 在蓝色和红色 LED 排列照射的实验室规模光生物反应器中模拟光质量对微藻生长的影响[8]
2014 年，Ignacio Niizawa 等人。al 设计了一个与模拟算法相结合的光生物反应器模型，以准确预测在蓝色和红色光谱区域发射的 LED 光的不同排列照射下的微藻培养物中的光子吸收率。
发现：
- 蓝色 LED 灯在培养物中表现出比红色 LED 更好的平均光子吸收率。然而，蓝色 LED 的平均吸收值周围的色散也较高，这对这种辐射场的可靠性和有效性提出了质疑。
- 尽管吸收率低于蓝光 LED，但红光 LED 在生物质生产方面表现出更好的效果。
2.发光光生物反应器设计，通过光的光谱转换改善藻类生长和光合色素生产[9]
2013 年，Seyedeh Fatemeh Mohsenpour 等人。al 构建了发光丙烯酸光生物反应器来检查不同培养密度下的培养生长情况。
发现：
- 尽管红色发光光生物反应器增加了两种微藻的生物量产量，但该波长不适合高密度或深层培养。
- 尽管绿光往往只对一种物种产生更好的结果，但在颜料生产中没有观察到最佳光颜色的一致模式。
3.使用红色和蓝色发光二极管（LED）和荧光灯在光生物反应器中生长微藻[10]
2012 年，Caner Koc 等。Al 通过使用不同波长的光观察特定微藻物种的细胞计数、细胞重量和细胞大小。
发现：
- 就细胞浓度和重量而言，红色 LED 是最高效的光源。
- 蓝色 LED 对于微藻细胞的最大圆形尺寸表现出最佳性能。
4.利用基于发光二极管的光生物反应器最大化小球藻的生物量生产力和细胞密度[11]
2012年，付伟奇等。al 等人通过使用适应性实验室进化（ALE）技术报道了普通念珠菌的最佳生长速率条件。
发现：
- 昂贵的 680 nm 红色 LED 被不同占空比的 660 nm 闪烁 LED 取代，而不会影响生长密度。
- ALE 是通过在每个周期开始时去除多余的培养物并用新鲜培养基替换来保持一致的生物量浓度来实现的。
5.发光二极管（LED）应用于微藻生产[12]
2014 年，Peter SC Schulze 等人。等人从各种已发表的来源收集信息，总结了不同微藻物种所需的光波长。
发现：
- 最佳光配置的颜色取决于微藻物种内的主要色素。
- 绿藻在蓝光组合下表现出最佳的生长性能，红光照射下绿藻的生长性能从 10% 到 30% 不等。
6.发光二极管（LED）在光养微藻培养中的应用：现状与展望[13]
2015 年，M. Glemser 和他的团队对光生物反应器使用人造光的内部和外部照明系统进行了审查。
发现：
- 主要关注白光（暖白光和冷白光）对生物量生长的影响。
- 回顾了LED在工业级光生物反应器中的效果。
7.利用三种微藻的两相培养过程，发光二极管（LED）对脂质含量积累的影响[14]
2016 年，Chae-Hun Ra 等人。Al 等人进行了一项比较研究，通过使用不同波长的 LED 来显示三种不同微藻类之间脂质积累的差异。该实验分两个阶段进行——第一阶段用于微藻培养，第二阶段用于脂质提取。
发现：
- 在所有三组中，蓝色 LED 均表现出最佳的微藻生长性能，其次是红色 LED，然后是荧光灯。
- 据观察，绿色微藻物种在绿色 LED 下生长不良，因为绿光没有被吸收而是被反射。
- 尽管绿色 LED 在第一阶段中表现不佳，但它们在所有其他 LED 配置中产生最高的脂质含量，因此在第二阶段中脱颖而出。
8.发光二极管（LED）提供的光质量对微拟球藻和Tetraselmis chuii生长和生化特征的影响[15]
2016 年，Peter SC Schulze 等人。al 通过暴露于不同的非定制单色或多色 LED 光源以及定制光源（例如荧光灯、双色或多色 LED 混合光源）来测试两种微藻物种。
发现：
- 与其他单色和非定制光源相比，精确的光定制（即使用发射光谱与目标微藻物种的吸收光谱紧密匹配的光源）增加了光子吸收。
- 定制的双色 LED（红光和蓝光混合）在微藻生长方面优于所有其他配置。
9.利用微藻光生物反应器在不同光波长、光强度和光周期下利用微藻光合吸收二氧化碳进行沼气升级并同时净化沼液[16]
2016年，程岩等人。对不同波长、光强度和光周期下的微藻菌株进行了研究。
发现：
- 混合 LED 红：蓝 = 5:5 配置构成了微藻光生物反应器的最佳光波长。
- 在这种 550 红光和蓝光配置中，二氧化碳去除效率也显着更高。
10.使用连续光生物反应器优化不同微藻生长和产物形成的光谱光质量[17]
2016 年，萨沙·贝尔 (Sascha Baer) 等人。分析了总共 37 种 LED 灯配置对三种不同微藻物种生物量生长的影响。
发现：
- RGB-LED 灯带经过控制可产生不同比例的红光、蓝光和绿光（总共 37 种配置）。
- 各种微藻生长的理想光照条件因红光、蓝光和绿光的组合而异。尽管如此，红色 LED 灯在每种 LED 混合物中始终占据最高比例。
11.LED灯对微藻生长的影响[18]
2018 年，Archana Pattanaik 等人。回顾了几个使用人造光培养微藻的案例研究，并通过发现藻类行为的一些共同特征来总结其结果。
发现：
- 据报道，红光 LED 的生长速度较高，而蓝光则增加了光合色素的积累。
- 有些物种在红蓝混合 LED 灯下而不是单色灯下生长得最好。
12.提高藻类光生物反应器效率的光管理技术[19]
2019 年，Emeka G. Nwoba 等人。审查了许多原型以提高光生物反应器的光合作用效率。
发现：
- 光谱转换、移动、过滤等不同技术在实验室规模上取得了更好的生长产量，但是将这些创新用于大规模藻类培养是不可行的。
- 提出了一种混合 PV-PBR 系统，该系统使用绝缘玻璃光伏板来改变太阳光谱，以利用光合作用有用的光使微藻受益，同时利用紫外线和红外线波长发电。
13.不同波长LED光对椭圆小球藻生长、叶绿素、β-胡萝卜素含量及近似成分的影响[20]
2021年，Arpan Baidya和他的团队通过使用不同波长的LED灯检查了椭圆小球藻的生长和色素含量。
发现：
- 通过蓝色 LED 光照射可以获得最高的培养物生长和营养价值。
- 即使与白色和绿色 LED 相比，红色 LED 的性能也最差。
温度
对于室外开放系统光生物反应器，无法控制温度。但不知何故，微藻适应了这种温度波动，并且它们可以在很宽的温度范围内工作。微藻可以承受 15–30°C 的温度范围，最佳生存范围为 20–25°C。[21]
14.低功率输入下柱式光生物反应器中耐温小球藻的室外培养[22]
2013 年，Quentin Bechet 等人。研究了 C. sorokiniana 在室外条件下最佳混合的生长情况。
发现：
- 即使温度升至 41°C，不受控制的温度也不会对培养物的生长产生不利影响。
- 与其他物种相比，该实验表明耐温微藻物种需要较少的混合，从而节省了混合成本。
15.南极、温带和热带微藻对温度胁迫的响应[23]
2013 年，Ming-Li Teoh 等人。研究了来自不同地区（南极、温带和热带）的微藻类群之间的温度响应变化。
发现：
- 小球藻属 来自三个地区的小鼠表现出一致的温度应激反应，可耐受 4 至 38°C 的广泛温度范围。
- 然而，三种小球藻物种在不同温度下的脂质含量表现出不同的响应。
16.温度和其他操作参数对简单且低成本的柱式光生物反应器中小球藻大规模培养的影响[24]
2015 年，Bio Sigui Bruno Bamba 等人。使用经济高效的 84 L 柱光生物反应器检查了温度、CO2 与空气比率和鼓泡速率对小球藻生物量生产的影响。
发现：
- 生长速率从100显着增加至200 L h−1（735±5至1000±11 mg L−1）；然而，从 200 L h−1 到 400 L h−1 ，增长不太明显。
- 考虑到成本，研究结果表明，在高达 30 °C 的温度和中等 (2%) 到高 (10%) 二氧化碳水平的情况下，生产力和生物量积累会提高。
17.极地、温带和热带淡水环境中小球藻菌株在温度胁迫下的生长和光合作用[25]
2018 年，Kok-Keong 和他的团队探索了温度升高对不同纬度来源的小球藻菌株的影响。
发现：
- 所有四种小球藻菌株在比通常环境条件高 1.5 至 6 倍的温度下都表现出生长和光合作用能力。
- 尽管在这项研究中暴露时间很短，但即使在极端的生长允许温度下，培养物也成功地经历了至少一次细胞分裂。
- 小球藻菌株通过这些实验证明了它们的热适应性。
18.光生物反应器中雪藻伤寒单胞菌的中试规模培养[26]
2022 年，Floris Schoeters 等人。进行了一项概念验证调查，在寒冷的时间间隔内，在位于最低加热（防霜）温室内的光生物反应器中培养伤寒杆菌。
发现：
- 在350 L工作体积的光生物反应器中有效生长，最大生长速率为1.082 g L−1。
- 这些藻类的生长期从冬季延长到春季。
酸碱度
pH 值要求因微藻种类而异。然而，通过一些有关各种实验的文献发现了一些趋势。
19.pH值对小球藻生长的影响及其与镉毒性的相互作用[27]
1991 年，Joseph W. Rachlin 等人。检查了 3.0-9.0 范围内 pH 对微藻生长的影响。
发现：
- 对于 96 小时的暴露时间，在整个实验过程中，介质 pH 值在 3.0-7.0 范围内保持恒定，而 pH 值在 7.5-9.0 范围内。
- C. vulgaris 的最佳生长条件在 7.5 至 8.0 范围内。
20.pH值对杜氏盐藻和椭圆小球藻生长和生化反应的影响[28]
2010 年，Zeinab I. Khalil 和他的团队观察了 pH 对上述物种生长和生化反应的影响。
发现：
- 在碱度增加的 pH 水平下，特别是在 pH 10 下，C. ellipsoidea 的干重显着增加。
- 它能在 4.0 至 11.0 的 pH 值范围内生存，表明它可用于户外栽培。
21.pH值对限硫条件下异养微藻小球藻生长和脂质积累动力学的影响[29]
2016 年，Myrsini Sakarika 等人。进行了各种实验来寻找生物量生长和脂质积累的最佳 pH 值。
发现：
- C. vulgaris 能够在 5.0-8.0 的广泛 pH 范围内异养生长。
- pH 3.0、4.0 和 11.0 对于该菌株来说是极端的，pH 9.5 会导致细胞聚集。
- 发现最适合生长和脂质积累的 pH 值是 7.5。
22.pH值对微藻Chlorella sorokiniana细胞生长、脂质产生和CO2添加的影响[30]
2017年，邱仁和等人。测量烧瓶培养中不同pH水平下的细胞生长和脂质含量。
发现：
- 在不考虑CO 2 摄入的情况下，6.0的pH水平表现出最高的细胞生长和脂质含量。
- 为了在成本效益方面优化CO 2 供应，pH值8.0显示藻类生长和脂质生产的最佳结果。
搅动
搅拌可以通过曝气系统的形式进行。CO2可通过曝气供给。搅拌是混合培养物的另一种常见过程。根据光生物反应器的设计，可以用叶轮或旋转装置来完成。搅拌速度对于微藻的稳态生长很重要。然而，速度永远不能太高，因为它会破坏细胞成分并使培养物崩溃。0.2-0.5 ms-1 的叶轮速度最适合大规模培养，但不应超过 1ms-1。[31]一种不同的方法是使用泵循环培养基。对于小规模 PBR，使用喷射器通过注入 CO2 来混合介质。然而，在混合困难或存在死区的情况下，分布器可以与任何其他搅拌器结合使用。
23.搅拌罐生物反应器中三叶轮配置的流动模式、混合、气体滞留和传质系数[32]
2014年，谢明辉等。比较了四种不同的三叶轮配置的性能，以找到它们的兼容性。
发现：
- 轴向叶轮组合比径轴流组合叶轮提供更有效的均质性能。
- 径向叶轮组合被认为是效率最低的。
24.大规模培养光合生物的光生物反应器设计[33]
2017年，黄青山等人。详细阐述了参数及其对光生物反应器成功运行的影响。
发现：
- 非搅拌的 PBR 会遭受细胞堆积、相互遮挡、二氧化碳 (CO2) 耗尽等问题，从而导致细胞生产力下降、产生死区、光抑制、光氧化。
- 搅拌系统在很大程度上增加了光生物反应器的CAPex和OPex。
25.光生物反应器中的混合和搅拌[34]
2022 年，Paulo Cesar de Souza Kirnev 等人。阐述了 PBR 系统中搅拌器的重要性，概述了每个系统所需的特定类型。
发现：
- 机械搅拌，即叶轮、叶轮用于大规模微藻培养，而泵用于中小型培养。
- 在气体驱动系统中，通过分布器或穿孔管产生的气泡促进流体运动。
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