微藻原种一般接种在实验室的琼脂板上，通常用于雨生红球藻生长的培养基是BG-11、BBM、OHM等。在无菌的最佳生长条件下，通过给予较低的光辐射强度(低于50umol·m^-2. s^-1)用于微藻生长，然后不断扩大培养直到获得足够的营养细胞并接种到反应器中。

国际上，规模化培养红球藻始于20世纪80年代，美国Cyanotech公司在夏威夷采用传统开放池率先开展试养殖进行论证。当时世界范围内，只有生长快、抗逆性强和耐污的小球藻、螺旋藻和盐藻借助开放池可规模化生产，以获取初生代谢产物的生物质

为主。规模化培养不抗逆的微藻、尤其富含次生代谢物质为主的微藻(如含高附加值虾青素的红球藻)，尚缺少关键原理和有效技术与借鉴模式。

瑞典、以色列、日本、中国和澳大利亚的微藻研发团队，于90年代陆续启动红球藻资源开发工作。到21世纪初，利用开放池和光生物反应器技术规模化培养红球藻初步取得成功，目前美国(含日本和瑞典在美国的公司)、以色列和中国是国际上最主要的红球藻生产国，其中我国红球藻产量可占国际市场份额的30%~40%。20世纪90年代以来，我国多家机构(如中国科学院的海洋研究所、水生生物研究所、武汉植物园、烟台海岸带研究所、青岛生物能源与过程研究所，高校中的福建师范大学、深圳大学、北京大学、华东理工大学、华南理工大学、暨南大学和山东科技大学等)，数十个微藻研究团队陆续启动红球藻虾青素研究。在此期间，20多家微藻企业也先后开展该藻规模化生产论证并取得成功，目前更多企业参与到产品研发和市场开拓中。红球藻虾青素已成为国内外微藻甚至藻类领域最为关注的研究热点。

由于雨生红球藻生长特性，两阶段培养模式是大规模生产虾青素最广泛采用的培养方式。在第一阶段，采用一些有利的生长条件促进生物质积累;在第二阶段，采用环境胁迫促进虾青素积累。其中关键是如何达到足够的绿色生物质浓度水平以促进虾青素的高产量，因为雨生红球藻的生长速度慢，并且对环境条件的变化非常敏感，环境的变化则会导致细胞在营养生长与静止生长周期之间交替。雨生红球藻是少数可以在光合自养、异养或混养培养条件下生长的一种微藻。在光合自养生长条件下，雨生红球藻首先发育为双鞭毛营养藻细胞，直至出现营养限制或高辐射环境条件,然后藻细胞进入不定孢子阶段，如果培养条件环境压力持续，它会转化为红色孢子，积累超过4%细胞干重的虾青素。

光生物反应器是雨生红球藻大规模培养的核心装置，光生物反应器从形态上可以分为2种，一种为敞开式光生物反应器，另一种为封闭式光生物反应器。敞开式光生物反应器主要是开放式跑道池。封闭式光生物反应器则根据管道类型分为垂直柱式光生物反应器、水平管光生物反应器和平板式光生物反应器3类。还有其他的光生物反应器，例如搅拌光生物反应器和耦合新型光生物反应器。敞开式培养系统操作简单、建造成本和运行成本低，但易受外源生物污染，且难以控制温度、光照，但因为其具备成本优势，是目前商业化应用最广的培养系统。封闭式光生物反应器是近年来的研究热点，因其能控制多项指标和维持微藻生长环境稳定，克服了开放式系统的诸多缺点，能够保持稳定的产量，近年来得到了广泛的应用。

雨生红球藻营养生长阶段的管道式光反应器

美国夏威夷的Cyanotech公司采用了一个混合系统，包括一个封闭的光生物反应器(PBR )和一系列开放的跑道池。这种类型的培养系统，允许在封闭的PBR内的精确控制最佳培养条件，实现雨生红球藻营养生长阶段。然后，一旦达到所需的生物量浓度，培养物就会被转移到开放的跑道池中，在该跑道池中，营养胁迫条件诱导类胡萝卜素生成并积累虾青素。另一个例子是以色列的Algatech公司在超过300公里的玻璃管PBR中执行两个生长阶段，从而可以在整个过程中完全控制培养条件。以色列的Algatech公司成立于1998年，总部设立在以色列埃拉特附近的基布兹，在纽约设有分点。Algatech公司的工厂占地20英亩(英亩为非法定单位: 1英亩=4046.86平方米) ，在沙漠中建立管状生物反应器大规模培养雨生红球藻。该公司产品远销世界30多个国家，销量领先于行业平均水平。Algatech公司已经成为 目前为数不多的几个能够以最高标准商业化生产天然微藻来源的营养物质的跨国公司。

美国夏威夷的Cyanotech公司采用了一个混合系统，包括一个封闭的光生物反应器(PBR )和一系列开放的跑道池。这种类型的培养系统，允许在封闭的PBR内的精确控制最佳培养条件，实现雨生红球藻营养生长阶段。然后，一旦达到所需的生物量浓度，培养物就会被转移到开放的跑道池中，在该跑道池中，营养胁迫条件诱导类胡萝卜素生成并积累虾青素。另一个例子是以色列的Algatech公司在超过300公里的玻璃管PBR中执行两个生长阶段，从而可以在整个过程中完全控制培养条件。以色列的Algatech公司成立于1998年，总部设立在以色列埃拉特附近的基布兹，在纽约设有分点。Algatech公司的工厂占地20英亩(英亩为非法定单位: 1英亩=4046.86平方米) ，在沙漠中建立管状生物反应器大规模培养雨生红球藻。该公司产品远销世界30多个国家，销量领先于行业平均水平。Algatech公司已经成为 目前为数不多的几个能够以最高标准商业化生产天然微藻来源的营养物质的跨国公司。

在雨生红球藻培养过程中，类胡萝卜素可由压力环境条件刺激产生，如:高辐射强度、温度、氮限制、磷酸盐饥饿或盐胁迫。因此，瑞典的AstaReal公司采用了一种不同的方法，使用有机碳底物(如醋酸盐)在混合营养生长条件下，室内完全人工照明的封闭PBR生产虾青素。众所周知，光是诱导虾青素生物合成的重要因素。研究表明，在低、中等光强度下，使用LED可以促进雨生红球藻细胞生长，其中辐射波谱富含红色波长。一旦达到高生物量浓度，就可以应用高光强度(辐射波谱富含蓝色波长)辐照刺激雨生红球藻细胞的类胡萝卜素生成，从而实现对微藻细胞周期中孢囊发育过程的调控和虾青素积累的控制。

另外还有其他的一些模式，属于早期的设计在当前已经不具备竞争优势。比如yamaha公司的室内管道系统，在室内建立管道，因成本过高，目前产品已不具备竞争力。日本富士公司在美国建立的外形向外凸起的生物反应器，其综合效益也较差。

随着雨生红球藻虾青素强大的抗氧化能力和独特的生理功能不断被发现和证实，产业化生产雨生红球藻获得虾青素已成为具有远见卓识的科学家和企业家关注的焦点。20世纪90年代开始，我国部分研究机构和企业开启了雨生红球菜产业化运用开发，征程。21世纪以来,尤其是2010年，雨生红球藻被国家卫生部批准为新资源食品，雨生红球藻研究及产业化开发利用步伐明显加快。迄今，雨生红球藻已经成为我国仅次于螺旋藻、小球藻的重要微藻产业。目前，我国雨生红球藻养殖企业超过20家，总养殖面积超过100万平方米，雨生红球藻粉年产能超过600吨，产地主要集中在云南省滇中地区，生产规模占全国的75%以上。

云南绿A生物工程有限公司微藻生产基地

2006年云南绿A生物工程有限公司与中国科学院武汉植物园合作，从我国内陆水体采集、分离出红球藻藻种38株，经过单细胞克隆，获得单藻培养，建有相应的藻种库进行藻种保存，为培养红球藻生产天然虾青素研发提供了具有自主知识产权的藻种资源。对4株适合于程海湖天然水质的藻种进行进一步比较研究,通过不同温度、梯度的培养繁育，对比各品系的温度适应能力及生长情况，以各藻种品系的虾青素含量和产量为考核指标，经多次实验研究，最终选育出WZ1和WZ2两株适合于程海湖区大规模养殖的红球藻优良藻种品系。试验条件下，虾青素含量达到千重的3.0%以上，大规模养殖下，虾青素平均含量达到干重的2.23%。

在提高雨生红球藻农产品质量方面，科学家责无旁贷。中国科学院研究人员发现，加入γ-氨基丁酸(GABA)可以提高雨生红球藻的生物量并增加虾青索的产量。研究表明，GABA对强光照后的藻细胞具有光保护作用。一般来说，要完成雨生红球藻虾青素积累需要强光辐照，但是强光照的同时也会对藻细胞造成不可逆的光氧化损伤，从而导致虾青素产量的减少。GABA的加入不仅可以增加生物量，也可以降低强光照转换过程中对藻细胞造成的光氧化损伤，减少藻细胞的死亡。强光照后GABA提高了藻细胞的光合作用性能，表现出更好的光适应能力和更强的热耗散能力。