虾青素在食品、医药以及化妆品等领域有着十分广泛的用途,有着很高的市场价值以及潜力,且市场对虾青素的需求也很大。雨生红球藻是天然虾青素最好的来源。光生物反应器是微藻培养的核心装置。而列管式光生物反应器是进行雨生红球藻光诱导非常具有潜力的反应器。本文以雨生红球藻异养细胞光诱导时所用的列管式光生物反应器作为研究对象,以提高雨生红球藻光诱导过程中的虾青素含量和干重为目标。本文首先研究了雨生红球藻异养细胞在光诱导阶段的光衰减曲线。用Lambert-Beer模型和Cornet模型对雨生红球藻异养细胞在光诱导阶段的光衰减曲线进行了拟合。并将拟合值和实验值进行比较,结果表明:Cornet模型能更好地描述雨生红球藻异养细胞在光诱导阶段的光衰减特性。并且Cornet模型中的Ea(吸光系数)和Es(散射系数)分别为0.0126m2/g和0.223m2/g。Ea随着虾青素含量的增大而下降,相反地,Es随着虾青素含量的增大而增大。较好的受光特性使得3L(管径0.05m)鼓泡式反应器的光诱导效果要优于12L(管径0.10m)的。其次,研究了列管式光生物反应器的放大方法以及放大依据。增大竖直管管径的方法进行放大虽不会造成混合特性变差但会增加光程使受光特性变差。户外的光诱导实验也表明此种放大方式不可行。后通过增加竖直管数目的方式进行放大,混合特性和受光特性均不会受较大影响。45L放大到100L的户外诱导实验证明了此种放大方式的可行性。接着,研究了在户外条件下光照对100L列管式光生物反应器的影响。不同季节受光最好的摆向角不尽相同,全年受光最佳的摆向角为150°。减小竖直管的直径和增大竖直管外壁之间的距离能提高列管式光生物反应器的受光。倾斜角对不同摆向的列管式光生物反应器的受光的影响不尽相同,但总体呈正弦函数型。最后,通过结合光照模型和CFD(计算流体力学)的方法对列管式光生物反应器的通气速率、通气方式、竖直管管径以及竖直管外壁间的间距进行了优化。100L列管式光生物反应器较优的条件确定为通气速率为0.3vvm,通气方式为间隔通气,竖直管管径为0.06m,竖直管外壁的间距为0.12m。