虾青素是一种极具开发潜力的类胡萝卜素,在食品、饲料、化妆品、医药等领域有着广阔的应用前景。利用雨生红球藻在特定条件下大量积累虾青素的能力进行生产是最具发展潜力的虾青素开发途径,受到了国内外学者的广泛关注。随着雨生红球藻实验室研究工作的逐步成熟,人们开始将目光转向该藻的室外规模化培养。受雨生红球藻自身生物学特性和规模培养用光生物反应器设计的限制,在规模化培养过程中存在很多科学和技术问题,集中表现在如防治生物污染困难、培养规模难以扩大等方面。需要构建新型可规模放大的光生物反应器并研究其相关性能,探讨规模化培养过程中出现的某些生物学问题,为雨生红球藻规模化开发进一步提供应用基础。通过多年的工作,首先构建了用于微藻培养的三种新型的光生物反应器（即柱式、管道、生物幕光生物反应器）。其中,上述柱式反应器结构简单、成本低廉,能够有效提高培养液的混合效果;管道反应器理论上可突破管道长度限制,大大超过传统管道反应器的培养体积;生物幕反应器从原理上解决了生物污染的问题,可以使红球藻细胞累积的虾青素含量大大提高。在此基础上,将上述三种光生物反应器有机搭配在一起,组成了从藻种、扩大培养、虾青素积累、到敌害生物防治和藻体收获等一整套工艺流程。该工艺技术能够较好的控制红球藻培养过程中的温度、光线、溶氧和pH等相关指标在适宜的范围内。并成功实现红球藻的规模化生产,藻粉质量优良。本研究进一步分析了光线在雨生红球藻藻液中的光衰减特性。通过分析和拟合,研究了光强、光径、藻密度之间的关系,得出光线通过雨生红球藻藻液时的光衰减方程:I=I0exp[-(0.113+0.94OD₇₅₀)L]。并利用此方程,结合两种规模化培养光生物反应器（柱式和管道）的构造得出了两种反应器的平均光强方程,分别为I_avg=I₀[2αr₀+3exp（-αr₀）-（1+αr₀）exp（-2αr₀）-2]/（α²r₀²）和I_avg=2I₀[αr₀+exp（-αr₀）-1]/（α²r₀²）,其中α= 0.113+0.94OD₇₅₀,R²=0.9893。利用这两个方程可以在规模化培养红球藻过程中,适时根据太阳光强度的变化调整反应器的入射光强,保证红球藻处于适宜的光照条件下。另外,本研究还探讨了雨生红球藻在不同温度和光照条件下的混合营养生长。结果表明,在较高的温度24℃和较弱的光强24μEM^-2S^-1条件下,红球藻维持较高的生长速率,可