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（二）藻類培養

1.物理及化學條件

影響藻類成長的因子有營養鹽質量、光線、pH值、濁度、鹽度及溫度。培養藻類最適宜參數如同耐受性一樣，隨著種類不同而有所不同。這些因子會相互依存，而且根據不同狀況，其最佳條件會有所不同。微青海洋

（1）培養基/營養鹽

培養藻類的細胞濃度一般來說會遠大於自然環境，所以需要添加外部養份來補充海水中的不足。主要養分包含了：硝酸鹽、磷酸鹽（接近6：1）及矽酸鹽（矽藻用）。

Table 3.3 藻類培養的一般條件

矽酸鹽主要用於矽藻的成長，可以合成其外殼。微量營養包含數種微量元素及vitamins thiamin (B1), cyanocobalamin (B12) 和某些生物素。

培養微藻之培養液配方有很多，最常使用的有f/2（ Table 3.5）、Walne（韋因）（Table 3.6）、K（ Table 3.7）、GPM（ Table 3.8）、綠色藻肥料（ Table 3.9）、褐色藻肥料（ Table 3.10）及骨藻培養用肥料（ Table 3.11）。

大量培養所用的營養鹽，希望可以減少準備的使用人力需求，所以複雜且花費高的培養液並不會考慮用在於大規模的藻類培養操作上。微細藻大量培養通常使用農業肥料，只提供大部份主要的必需營養鹽，而非實驗室用的肥料。微青海洋

（2）光線

微細藻會行光合作用將無機碳轉化為有機物質利用。光線是驅使光合作用的能量來源，需要考慮的有光強度，光譜與光照週期。光線強度與藻類培養水深及培養密度有關：水深與濃度較高，則強度需要增加。光線來源可採自然光或螢光燈管，太強的光線（陽光直射）有可能導致光抑制作用。 另外，無論是自然光或人工光源導致的過熱現象應該要避免。螢光燈管，紅光與藍光光譜較佳，為主要驅動光合作用的光譜部份。 人工光源每天至少提供18小時。微青海洋

（3）pH

大部份培養藻類pH值為7~9，最佳8.2~8.7。 許多培養的失敗就是因為無法保持一個適當的pH值。高密度的藻類養殖中，提供CO2可以矯正因為藻類成長而導致的高pH值。

（4）打氣/混合

充份的混合可以避免藻類沉澱，確保所有細胞能夠均勻的暴露在光線及營養中，避免形成躍溫層（室外培養）及增進空氣氣泡（包含0.03%的CO2）與培養液的氣體交換， CO2有可能是藻類成長的限制因子，因此可以提供純 CO2在打氣供應中，可能造成額外的 CO2/HCO3- 緩衝來對抗pH值的變化。隨著培養規模的不同，混合作用可以依靠每天用手搖晃（試管、錐型瓶），打氣（袋子、水缸），及使用水車與噴射幫浦（水池）。但是，並不是每一種藻類都能忍受太強烈的混合。

（5）溫度

微細藻培養最適溫度介於20~24°C，隨著培養基、種類及養殖株而有所變化。大部份一般的養殖藻種容忍溫度介於16~27°C溫度低於16°C將成長緩慢、高於35°C，許多種類會死亡。如果可以的話，儘量控制較低的溫度。微青海洋

（6）鹽度

海洋藻類非常能忍受鹽度變化。大部份種類在比自然環境稍低的鹽度中會長的最好，可藉由稀釋海水來獲得。最適約鹽度20~24ppt。

2.藻類成長動態

 
Fig3.6. 藻類無菌培養的成長曲線

適應期：停滯 or 緩慢發展時期，細胞密度增加緩慢；當藻類由種源接到培養液後，藻類細胞的成長會有一短暫的停滯期，甚至下降，這將使得擴培的時間拉長。成長停滯是因為細胞代謝的生理適應期，將會增加酵素含量以及細胞分裂與碳固定的代謝以利成長。微青海洋

對數期：細胞快速增長時期，細胞密度的增加如同以下方程式，為時間的對數函數。

C_t = C₀‧e^mt

C₀ and C_t為時間於 0 與 t 時的細胞濃度，m = 種類生長速率。 種類生長速率與藻種、光線強度與溫度有關。

停滯期 ： 限制因子與成長速率達到平衡，相對穩定的細胞密度。

增長趨緩期： 細胞分裂開始緩慢，當營養、pH值，碳固定或著其他物理與化學性因子開始限制藻類成長。

死亡期 ：水質變差，營養耗盡無法維持成長，細胞濃度快速下降，倒藻。

實際上，倒藻是由許多因素造成的，包含營養的耗盡，氧氣的缺乏，過熱，pH擾動或者被污染。成功養殖藻類的關鍵是儘量維持在對數期。在停期所生產的藻類營養價值就會降低，因為消化力的減少，成份匱乏，可能產生的毒性代謝物質。

3.純化及保種

為了養殖所需的無污染微細藻可從純化過的藻類種源取得。此外，可考慮地方性流行株的純化，因為他們已適應在當地環境下的成長能力。 藻種純化不是一件容易的事，因為其細胞體積小，且水體中有許多其他的附生種。 純化單獨細胞，需使用一連串的稀釋，再接種至固體培養基，或使用毛細吸管分離。 細菌可藉由沖洗或接種至抗菌培養基去除。

藻株需要小心地存放，避免在處理時或較差的溫度控制下受污染。 為了避免風險，保留兩種保存方式持，一種為提供啟動生產系統的培養，另一個僅提供維持藻種所必需的處理方式。 藻株存放保持在試管中，1000LUX光源，16~19°C。 存放式培養約可維持一個月，然後換成新的培養株。

藻種的保存是為了提供後續大量培養微細藻優良的種源，可增加培養的成功機率。純化過後的種源，適合單一種類微細藻的大量培養，減少污染的機會。

4.污染來源與水處理

細菌、原生動物或其他藻類的污染在藻類的純種培養中是很重要的問題。大部份污染的來源可能來自培養基（海水和養份），空氣（環境中氣體供應），培養容器及啟動培養藻種。

使用在藻類培養的海水應該不能有和藻類細胞競爭的生物，例如其他種植物性浮游生物，藻食物浮游動物，或細菌。海水無菌化以物理方法（過濾、高壓滅菌釜、巴斯德滅菌法、UV殺菌）OR 化學性方法（次氯酸、酸性法、臭氧法）是因此必需的。

• 高壓滅菌 （15 to 45 分鐘，在120°C and 20 psi, depending on the volume)
• 巴斯德滅菌法(80°C for 1-2 h)常使用於試管、角錐瓶培養所用培養基的滅菌上。
• 超過20L常使用通過 1 µm的過濾海水，再用鹽酸處理（24hr，再以碳酸鈉中和）微青海洋
• 次氯酸（e.g. 1-2 mg.l-1無通氣靜置24hr，接著打氣2~3hr去除殘率氯，加入硫代硫酸鈉中和打氣卻未去除的殘氯）

一般污染來源還有從空氣管凝結水的纖毛蟲。因些空氣管線應保持乾燥及空氣與CO2都應該過濾，以管內0.3~0.5µm過濾器過濾。大通量空氣，過濾器可以棉花與活性碳構成。

5.藻類培養技術

藻類培養的方法有許多種，有封閉式完全控制至開放式的室外養殖各類形。幾種藻類培養的相關術語如下：

Indoor/Outdoor。室內/室外。室內培養可以控制光源、溫度、養份濃度、掠食者與競爭者的污染等，這是室外藻類系統在擴張期所難作到的單一種類培養。

Open/Closed。 開放式/封閉式培養 開放試培養為沒有覆蓋物的池子或水箱（室內或室外），相對於封閉式培養容易被污染。

Axenic (=sterile)/Xenic. 無菌（消毒）/異種 無菌培養是在沒有任何外來生物的環境下培養，所有容器、培養液及試管需要嚴格的消毒以避免污染。

Batch, Continuous, and Semi-Continuous。批次式，連續式與半連續式 三種基本的藻類培養模式，以收獲及重新接種的不同來區別。微青海洋

Table 3.4 各種藻類培養技術的優缺點。

（1）批次式培養

批次式培養：藻類細胞在培養初期，僅接種一次至已施肥的水體，接著靜待數天的成長期，最後當藻類達到最高或接近最高密度時再一次性的收穫。藻類接種至大水體後經過一段時間會到達停滯期，在最大密度時收穫。批次式培養可經由一連串的步驟擴大，從試管， 2L燒杯 ，5L， 20L量瓶，160L桶，500L室內池，5000L至25000L室外池。 根據接種時的藻類濃度有關，接種的量約為培養最後收獲量的2-10%。微青海洋

批次式系統使用相當廣泛，因為其簡易性與彈性；允許快速地轉變培養種類及彌補系統的缺陷。雖然批次式被認為是最可靠的方法，但確不是最有效率的方法。批次式培養需在藻類停滯期的初期收獲，且必需維持在已過了最高生長速度後的最大量時期。另外，收獲的細胞質量比連續式系統更難以預測，在收獲時間上（如天數，確切成長期）有更大的變異性。

在剛開始接種與成長期時需避免污染。因為剛開始所接種的浮游植物密度較低且營養濃度較高，任何高速成長的污染物將可能於培養中爆發。批次式養殖在收獲、清潔、殺菌、填充與重新接種上也需要較多的工作量。

（2）連續式培養

連續式培養方法：連續地提供培養基至成長槽，同時間將先前的培養液排出，維持培養的藻類非常接近於最高的成長速率。

同濁相培養：以自動系統監測方式，藉由新鮮培養基的稀釋來保持藻類濃度。

恆定式培養：新鮮培養液以穩定、預設的速率輸入至培養槽內。最後限量的以固定速率加入重要養份，這樣成長速率及細胞密度保持恆定。

連續式系統缺點在於其相對的高價及複雜。其恆定的照明與溫度需求限制了連續式系統大多只在室內，並且這僅可行於規模相對較小的生產系統。而其優點為所生產的藻類品質較可預測。此外，連續式系統可以科技性的控制與自動化，增加了系統的可信賴度及減少人力需求。

（3）半連續式培養

半連續式系統藉由部份定期地收獲，接著立刻補滿與提供營養到達原有水位來延長大型水池培養的使用時間。培養物將會再次成長，然後再收獲。半連續式培養可使用於室外或室內，但通常其時間無法預期。競爭者，掠食者及污染物、代謝廢物則會累積至無法繼續使用。因為沒有完全收獲，半連續式培養在相同容器下，比批次式培養產生更多藻類。

6. 室外池藻類培養

大型室外池無論是用土池、水泥池、PE or PVC布底都可成功養殖藻類。室外用的營養液基於室內培養所用，但使用了農業性肥料而非實驗室用的營養液。微青海洋

然而施肥培養大量藻類在河口池與封閉潟湖的二枚貝養殖上並未採用，因為肥料昂貴，且造成藻華的劇烈波動，包含了藻類成長的高峰與接續的大量死亡。相對之下，自然性的藻華常年維持在一個合理的細胞濃度，且池子在必要時可讓海水藻入。

.培養深度一般為0.25-1m。室內養殖的藻類能作為單一種藻類養殖的種源。此外在藉由沙濾移除掉所有動浮的海水中，能夠引出自然的藻類成長。室外池的藻類生產相對來說較便宜，但是僅適用於少數生長快速的種類，因為掠食者，寄生蟲及大型藻類污染的問題容易產生。此外，室外培養容易產生一批接著一批較差的藻類，且無法預期的培養失敗。可能是因為天氣、日光或水質的變化。微青海洋

室外池的大量培養常見於台灣的蝦類繁殖，成功在矩型的10~40噸水泥池中養殖骨藻，水深約1.5~2米