关于大型湖沼螺旋藻（Limnospira maxima，即螺旋藻）光生物反应器中LED照明电力成本的系统研究——分析了光谱和光照强度

《Journal of Applied Phycology》：Systematic insights into electricity cost of LED lighting in photobioreactors for biomass and pigment production in Limnospira maxima (Spirulina)—Light spectra and intensities examined

微藻培养中LED光照优化研究显示，在550 μmol photons m?2 s?1以下光限制条件下，光强增加显著提升生物量（峰值0.97 g L?1日?1），但100 μmol处单位生物量能耗最低（0.57 kWh g?1）。光谱分析表明，日白光（0.06 kWh g?1）和暖白光（0.08 kWh g?1）在50 μmol光强下同时实现高产与低能耗，红光次之（0.15 kWh g?1）。色素含量光谱差异不显著，为光生物反应器设计提供新依据。

　　

摘要

本研究为Limnospira（旧称Arthrospira）maxima的培养提供了缺失的数据，并为评估光自养生产生物量和色素的最佳人工光源提供了关键见解。通过对严谨的实验数据集进行分析，阐明了照明（LED）特性（强度和光谱组成）与生物量/色素生产之间的关系，同时考虑了在光合作用-辐照度曲线的技术相关光照受限区域（最高达550 μmol photons m^?2 s^?1）内的照明能耗。使用相同的光谱（冷白光）时，较高的光照强度一致性地提高了生物量产量，最高可达0.97 g L^?1 day^?1（在550 μmol photons m^?2 s^?1的光照强度下）。然而，单位生物量和色素的最低照明能耗是在100 μmol photons m^?2 s^?1的低光照强度下实现的（生物量耗电0.57 kWh g^?1，藻蓝蛋白2.45 kWh g^?1，类胡萝卜素51.4 kWh g^?1，叶绿素a 15.4 kWh g^?1）。当在恒定光照强度50 μmol photons m^?2 s^?1下改变光谱组成时，日光白光（0.06 kWh g^?1，0.31 g L^?1 day^?1）和暖白光（0.08 kWh g^?1，0.29 g L^?1 day^?1）条件下观察到最高的产量和最低的能耗；其次是红光（0.15 kWh g^?1，0.27 g L^?1 day^?1）。令人惊讶的是，所有光谱条件下的色素含量都相对稳定。这些发现为通过平衡产量和能源效率来优化L. maxima的培养提供了实际指导。通过将生物产出与测量的墙插电源功率相结合，我们报告了特定产品的照明电耗（kWh g^?1），并确定日光白光和暖白光LED是在光照受限条件下培养Limnospira maxima的实用且节能的选择。