隨著工商業的繁榮與物質文明的高度發展，人類正面臨著巨大的能源與環境壓力，然而自然資源終有耗盡的一天；同時，近年來由於二氧化碳的排放量日漸增加，導致溫室效應，造成全球暖化。綠藻因為可透過自營生長，經由光合作用將二氧化碳固定，轉換成化合物儲存於體內，並以油脂形式大量儲存，該生物油脂最終可轉換成生質柴油，是一種可以減少二氧化碳排放，又取之不盡的替代能源。本研究因此嘗試使用淡水小球藻和海水擬球藻，探討在不同培養液及培養方式下對藻種的影響，進而評估室內養殖量產的可行性；研究過程中將同時考慮超音波及LED之生物機電效應，對淡水小球藻生長和生質油脂萃取所造成的影響，且輔以田口法做實驗規畫，藉由變異數分析，來找出對會影響綠藻生長及油脂萃取的重要因子，以從中找出最佳的參數組合。研究結果顯示在300 ml培養體積下，以震盪方式培養，淡水小球藻最低培養濃度為3.2×108 cells/c.c.，培養5天後能生長1.76倍，以及溫度35°C為淡水小球藻的最佳生長溫度。田口實驗結果則顯示出最佳化淡水小球藻實驗在5天後，生長量增加了150.34倍，施加超音波相較於沒施加超音波的生長實驗提升了15.9 %。至於最佳化油脂萃取則在實驗5天後，每公克淡水小球藻可以萃取到約0.18 g的油脂，施加超音波相較於沒施加超音波的油脂萃取實驗提升了19.1 %。本研究成果可應用於加速綠藻生長以及生質能源的製造，藉由最佳化製程的妥善規劃，可提高綠藻與油脂萃取的產量，並進而建立永續與環保的再生能源產出系統。

In the wake of highly development in the physical civilization and the prosperity of industry and commerce, humans are confronting with huge pressure on energy and environments, whereas the natural resources will be eventually depleted. Meanwhile, due to carbon dioxide emissions greatly increased in recent years, which results in global warming and brought to a negative greenhouse phenomenon. Because of growing up by the algae itself, it has the ability to perform photosynthesis and convert into compounds and store in the form of lipid. The final step of when the biolipid converted into the biodiesel, which is a way to reduce carbon dioxide emissions and can be considered as inexhaustible alternative energy. Hence, attempts have been made on this study via using Chlorella sp. and Nannochloropsis oculata to investigate the influence of different culture media and cultured way on algae, and then evaluate the feasibility of mass production in indoor farming. In the process of study the effect of biomechatronic in ultrasonics and LED lights will also take into account, which affect the growth of algae and lipid production. The results showed that the lowest culture concentration of Chlorella sp. is 3.2×108 cells/c.c. under the volume 300 ml by shock, and it can grow 1.76 times after 5 days, moreover, the optimum temperature for algae growth is 35°C. The Taguchi method results showed that the best algae experiments growth increased by 150.34 times in five days. The experiment with ultrasound has increased by 15.9 % as compared with that of without ultrasound. With regard to the optimum extraction experiment, Chlorella can be extracted 0.18 g lipid per gram shortly after 5 days. The experiment with ultrasound has increased by 19.1 % as compared with that of without ultrasound. This study can apply to algae growth and bio-energy. With the improvement of optimized process to increase biomass yield and lipid’s production, it is possible to establish the renewable energy production systems for sustainable development and environmental protection.

論文審定書 i
謝誌 ii
中文摘要 iii
英文摘要 iv
目錄 vi
表目錄 xi
圖目錄 xiii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 4
1.3 研究方法與目的 8
1.4 全文概述 8
第二章 基本理論 10
2.1 綠藻簡介 10
2.2 培養液簡介 11
2.3 光的物理性質與輻射能量參數 12
2.4 LED光源的發展與生物產業應用 16
2.5 超音波簡介 18
2.6 超音波生物效應 18
2.6.1 熱效應 18
2.6.2 機械效應 19
2.6.3 空孔效應 19
2.6.4 空孔氣泡方程式 20
2.6.5 超音波對球體之散射機制 20
2.7 田口法 22
2.7.1 直交表實驗設計法 22
2.7.2 品質損失函數 22
2.7.3 訊號雜訊比（S/N） 23
2.7.4 因子反應表 25
2.7.5 變異數分析 25
2.7.6 預測分析 27
2.8 萃取簡介 27
2.9 生質能源 29
2.9.1 生質柴油 30
2.9.2 甲醇 30
第三章 綠藻生長實驗方法與步驟 38
3.1 淡水小球藻 39
3.2 海水擬球藻 39
3.3 培養液 40
3.3.1 花寶 40
3.3.2 水試所培養液 40
3.3.3 Walne培養液 40
3.3.4 BBM培養液 41
3.4 超音波照射實驗 42
3.4.1 頻率 42
3.4.2 超音波照射系統近場計算 43
3.4.3 聲強度 43
3.4.4 照射週期 44
3.4.5 超音波照射 44
3.5 LED照射實驗 45
3.5.1 波長 45
3.5.2 光源強度 45
3.5.3 照射週期 46
3.6 溫度 46
3.7 田口實驗規劃 46
3.7.1 因子水準建立 47
3.7.2 實驗設計方法 47
3.7.3 田口數據分析 47
3.8 綠藻實驗設備 48
3.8.1 血球計數盤 48
3.8.2 光學顯微鏡 49
3.8.3 分光光度計 49
3.8.4 微量吸量管 49
3.8.5 多用途式管震盪器 50
3.8.6 錐形瓶、式管及血清瓶 50
3.8.7 高溫高壓高濕滅菌釜 51
3.8.8 精密恆溫震盪培養箱 51
3.8.9 LED投射燈 51
3.8.10 訊號產生器 52
3.8.11 數位示波器 52
3.9 綠藻實驗方法與步驟 52
3.9.1 綠藻標準曲線 52
3.9.2 不同初始濃度實驗 53
3.9.3 不同培養液實驗 53
3.9.4 田口法最佳化實驗 53
3.10 綠藻實驗討論 53
3.10.1 綠藻培養 53
3.10.2 綠長生長量 54
3.10.3 綠長生長速率 54
第四章 萃取油脂實驗方法與步驟 67
4.1 有機溶劑 67
4.1.1 甲醇 67
4.1.2 氯仿 68
4.2 1%NaCl 68
4.3 實驗設備 68
4.3.1 超高速離心機 69
4.3.2 電子精密天平 69
4.3.3 旋轉真空減壓濃縮機 69
4.3.4 冷凍乾燥機 69
4.3.5 分液漏斗 70
4.4 萃取油脂實驗方法與步驟 70
4.5 萃取油脂實驗討論 72
第五章 實驗結果與討論 77
5.1 綠藻標準曲線 77
5.2 不同初始濃度實驗 77
5.3 不同培養液實驗 79
5.4 綠藻初步實驗討論 79
5.5 淡水小球藻田口實驗分析 80
5.6 淡水小球藻生長量變異數分析 81
5.7 淡水小球藻生長量最佳化確認實驗 83
5.8 萃取油脂分析 84
5.9 萃取油脂最佳實驗組合 85
第六章 結論與建議 111
6.1 結論 111
6.1.1 綠藻實驗 111
6.1.2 萃取實驗 112
6.2 未來展望與建議 112
參考文獻 114
附錄A 118

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