生物转化可以将复杂的生物质底物转化为生物燃料和生物基产品，能够缓解化石资源短缺及温室气体排放问题，同时实现生物质废弃物的无害化处理。目前，许多成熟的工艺通过结合预处理策略和适应性菌株，仅针对生物质中的木质纤维素部分进行转化。然而，针对生物质全组分的生物转化工艺设计较少。如果通过对整个过程进行系统设计，协调预处理过程和生物转化策略，将可以最大化将生物质全组分转化为高附加值产品，并提高生物质转化效率。

本研究通过优化碱处理条件，实现了原位木质素解聚，将玉米秸秆全组分的解聚过程从传统的12步简化为更高效的4步“一锅法”工艺。优化后的“一锅法”工艺在100°C下使用0.1 g/g的NaOH，能够解聚玉米秸秆的全部组分，并提供平衡的营养成分。所选的鲁棒性菌株Rhodosporidium toruloides能够将解聚后的玉米秸秆全组分转化为比等量葡萄糖更高的单细胞蛋白和靛蓝产量，产量分别达到208 g/kg和72 g/kg。此外，生命周期评估结果表明，与传统工艺相比，“一锅法”工艺在生产单细胞蛋白和靛蓝时分别减少了18%和27%的二氧化碳排放。本研究表明，系统设计生物质全组分的生物转化流程可以简化预处理操作，提高产品产量，减少碳排放。

中国科学院青岛生物与能源过程研究所系统微生物工程研究组穆京玖博士、王磊和王帆副研究员为该论文第一作者，张海波研究员为通讯作者。该工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划以及山东省自然科学基金等项目的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.160911