《Food Bioscience》：Bibliometric mapping of lignocellulose-to-food upgrading: when sugar becomes the gateway
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本研究基于Web of Science數據庫，采用CiteSpace、VOSviewer和Biblioshiny進行文獻計量分析，系統梳理了2000-2025年木質纖維素食品化利用研究的發展脈絡、熱點演變及未來方向，揭示了其雙軌應用（能源食品與蛋白食品）的知識圖譜，為綠色可持續食品開發提供參考。
中國林業科學院林產品化學工業研究所森林食品資源開發利用國家重點實驗室，南京210042
摘要
隨著食品安全壓力的持續增加，木質纖維素作為一種有前景的替代品脫穎而出，因為它儲量豐富、可再生、獲取容易、不與食品資源競爭，并且可以轉化為可發酵的糖類。本研究利用CiteSpace、VOSviewer和Biblioshiny等工具，分析了2000年至2025年間Web of Science上發表的相關數據，回顧了木質纖維素食品化利用的研究進展及其特點。通過對國家、機構、作者和期刊等關鍵信息的量化分析，明確了木質纖維素食品化的應用情況，突出了研究活躍的國家、核心研究機構、主要作者和領先期刊。隨后通過高頻文獻、高頻關鍵詞和新興關鍵詞的可視化分析，探討了該研究的知識基礎以及不同時期的主要熱點和發展方向。最后，對未來研究方向進行了預測。本文以知識圖譜的形式，綜述了木質纖維素糖平臺在能量食品和蛋白質食品中的雙重應用，旨在揭示其研究趨勢、當前水平和發展速度，以幫助相關研究人員更準確、高效地開展工作。
引言
2024年全球人口達到82億，預計到2080年代中期將增至約103億（ Nations, 2024）。人口激增凸顯了迫切需要負擔得起、豐富且可持續的食品來源，以滿足不斷增長的人口的營養需求。此外，傳統的畜牧生產方式面臨諸多挑戰，如溫室氣體排放、生物多樣性喪失、森林砍伐、環境污染和人畜共患�。╕eboah et al., 2025）。植物蛋白可能是比動物蛋白更環保、更可持續的替代品（Chen et al., 2026）。據估計，全球每年產生的木質纖維素生物質約為1815億噸，如果將其用于食品生產，將大大緩解食品短缺問題（Schmidt et al., 2023）。木質纖維素生物質主要由三部分組成：纖維素（30%-50%）、半纖維素（20%-40%）和木質素（15%-25%）（Chaudhari et al., 2023; Tang et al., 2025）。纖維素由通過β(1-4)糖苷鍵連接的D-葡萄糖單元組成，長度可達數百到一萬個葡萄糖單元。半纖維素是一種雜多糖，包含D-葡萄糖、D-半乳糖和D-甘露糖等己糖以及D-木糖和L-阿拉伯糖等戊糖，其分子結構中含有乙酰基。木質素是一種酚類生物聚合物，分子量約為10,000 Da，由肉桂酰、桂�；蛯αu基苯酚等成分構成復雜矩陣。值得注意的是，在木質纖維素生物質預處理過程中，纖維素可水解為葡萄糖，而半纖維素可水解為木糖和己糖（如木糖、阿拉伯糖、甘露糖和半乳糖），這些糖類可用于食品生產；木質素通常被視為副產品（Ntakirutimana et al., 2026）。為避免木質素抑制發酵過程（Schmidt et al., 2023），通常通過溫和的脫木質素處理將主要由纖維素和半纖維素組成的全纖維素從木質纖維素生物質中分離出來，從而適用于后續的發酵實驗（Tao et al., 2024）。Feng等人（2024）采用水熱法制備了不同粒徑（0.25–10.10 μm）的固體酸，并通過-OH和-PO3H2對其進行改性。這些固體酸在180°C下對纖維素進行4小時水解，結果表明纖維素轉化率與固體酸粒徑成正比（R2 = 0.925）。粒徑較小的固體酸（0.25 μm，即P@HCC-P150）在首次水解過程中表現出更高的催化活性，纖維素轉化率達到98.2%，葡萄糖產率為48.5%。Yuan等人（2023）通過引入環腺苷酸受體蛋白（CRP）中的多個點突變，開發出CRP S83H-S128P突變菌株，并在20 L生物反應器中對玉米芯水解物進行半連續發酵，41小時后木糖醇產率和產速分別為175 g/L和4.32 g/L。在Cellic? CTec2和Fiberlife? 550等纖維素酶的作用下，棉纖維可水解為葡萄糖，隨后可由Corynebacterium glutamicum ATCC 21492發酵生成L-賴氨酸（Rodríguez Bello et al., 2025）。Wu等人（2020）改造了野生型大腸桿菌，使其能夠從葡萄糖中過量產生組氨酸。Zeng等人（2021）研究了Bacillus velezensis K8在降解木質纖維素并提高啤酒糟（BSG）中可溶性糖和蛋白質含量的作用，發現B. velezensis K8在BSG或超聲預處理的BSG（UBSG）中通過固態發酵有效提高了可溶性糖和蛋白質的含量。上述研究表明，將纖維素和半纖維素轉化為糖類后，一部分可制成蛋白質食品，另一部分可制成能量食品（Jiang B. et al., 2014）。
文獻計量學是一種結合數學和統計學的定量分析方法。它基于期刊、作者、國家、機構、關鍵詞和主題等指標，能夠深入評估某一領域的研究趨勢和焦點，為研究人員提供該領域發展的新見解（Cai & Liao, 2026; de Melo et al., 2024）。然而，現有的關于木質纖維素食品化的綜述僅限于工藝和技術層面，未能全面把握研究的整體知識基礎和未來趨勢，也缺乏文獻計量學分析，這限制了我們從發展角度提供新的視角。Gusenbauer（2024）分析了Google Scholar、Scopus和Web of Science等數據庫，以及許多未經過分析的數據庫，如Lens、Scite、Dimensions和OpenAlex，或特定主題的數據庫如PubMed和JSTOR。分析表明，Web of Science（WOS）數據庫在跨學科覆蓋、引文追蹤和去重能力方面具有獨特優勢。這些優勢使WOS數據庫成為獨立的研究資源，無需依賴其他數據庫即可進行文獻計量學分析。因此，本研究首次基于WOS數據系統地開展了木質纖維素食品化相關文獻的文獻計量學分析，旨在全面了解該領域的研究進展和發展趨勢。本文的主要研究目標包括：（1）介紹相關領域的發展歷史和當前研究狀況；（2）揭示科學前沿的演變路徑和經典文獻；（3）總結當前的研究熱點；（4）提出未來研究方向。本文可為后續相關研究提供參考，并為綠色、環保和可持續食品產品的開發提供理論基礎。
數據收集
本研究的相關文獻數據于2025年11月26日從Web of Science（WOS）數據庫的Science Citation Index Expanded（SCI-Expanded）中檢索。搜索詞包括：#1（木質纖維素、纖維素、半纖維素和全纖維素的轉化、催化、分解、降解、水解和解聚）；#2（葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、甘露糖和半乳糖）；#3（碳水化合物、脂肪、蛋白質、食品和20種蛋白質生成氨基酸）。
全球研究格局
共分析了來自59個國家、947個機構和3654位作者的772篇論文，這些論文發表在247種期刊上（圖S1）。
結論
通過對過去二十年木質纖維素食品化研究的文獻計量學分析，可以看出該領域從緩慢發展走向快速崛起的清晰軌跡。研究熱點從早期的基礎過程（如水解和發酵）逐漸發展到當前階段（2021-2025年），重點轉向高附加值方向。
CRediT作者貢獻聲明
彭陽：撰寫——原始草稿、方法論、形式分析、概念構建。陳強：撰寫——審稿與編輯。謝靜聰：撰寫——審稿與編輯。孫云娟：監督、項目管理、資金獲取。姜建春：撰寫——審稿與編輯。
資金來源
本工作得到了中國林業科學院中央非營利研究機構的基礎研究經費（項目編號：CAFYBB2021ZA003）和中國國家重點研發計劃（項目編號：2024YFD1300804）的支持。
利益沖突聲明
作者聲明沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文的研究結果。
