《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数据库，采用CiteSpace、VOSviewer和Biblioshiny进行文献计量分析，系统梳理了2000-2025年木质纤维素食品化利用研究的发展脉络、热点演变及未来方向，揭示了其双轨应用（能源食品与蛋白食品）的知识图谱，为绿色可持续食品开发提供参考。
中国林业科学院林产品化学工业研究所森林食品资源开发利用国家重点实验室，南京210042
摘要
随着食品安全压力的持续增加，木质纤维素作为一种有前景的替代品脱颖而出，因为它储量丰富、可再生、获取容易、不与食品资源竞争，并且可以转化为可发酵的糖类。本研究利用CiteSpace、VOSviewer和Biblioshiny等工具，分析了2000年至2025年间Web of Science上发表的相关数据，回顾了木质纤维素食品化利用的研究进展及其特点。通过对国家、机构、作者和期刊等关键信息的量化分析，明确了木质纤维素食品化的应用情况，突出了研究活跃的国家、核心研究机构、主要作者和领先期刊。随后通过高频文献、高频关键词和新兴关键词的可视化分析，探讨了该研究的知识基础以及不同时期的主要热点和发展方向。最后，对未来研究方向进行了预测。本文以知识图谱的形式，综述了木质纤维素糖平台在能量食品和蛋白质食品中的双重应用，旨在揭示其研究趋势、当前水平和发展速度，以帮助相关研究人员更准确、高效地开展工作。
引言
2024年全球人口达到82亿，预计到2080年代中期将增至约103亿（ Nations, 2024）。人口激增凸显了迫切需要负担得起、丰富且可持续的食品来源，以满足不断增长的人口的营养需求。此外，传统的畜牧生产方式面临诸多挑战，如温室气体排放、生物多样性丧失、森林砍伐、环境污染和人畜共患病（Yeboah et al., 2025）。植物蛋白可能是比动物蛋白更环保、更可持续的替代品（Chen et al., 2026）。据估计，全球每年产生的木质纤维素生物质约为1815亿吨，如果将其用于食品生产，将大大缓解食品短缺问题（Schmidt et al., 2023）。木质纤维素生物质主要由三部分组成：纤维素（30%-50%）、半纤维素（20%-40%）和木质素（15%-25%）（Chaudhari et al., 2023; Tang et al., 2025）。纤维素由通过β(1-4)糖苷键连接的D-葡萄糖单元组成，长度可达数百到一万个葡萄糖单元。半纤维素是一种杂多糖，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，其分子结构中含有乙酰基。木质素是一种酚类生物聚合物，分子量约为10,000 Da，由肉桂酰、桂酰基和对羟基苯酚等成分构成复杂矩阵。值得注意的是，在木质纤维素生物质预处理过程中，纤维素可水解为葡萄糖，而半纤维素可水解为木糖和己糖（如木糖、阿拉伯糖、甘露糖和半乳糖），这些糖类可用于食品生产；木质素通常被视为副产品（Ntakirutimana et al., 2026）。为避免木质素抑制发酵过程（Schmidt et al., 2023），通常通过温和的脱木质素处理将主要由纤维素和半纤维素组成的全纤维素从木质纤维素生物质中分离出来，从而适用于后续的发酵实验（Tao et al., 2024）。Feng等人（2024）采用水热法制备了不同粒径（0.25–10.10 μm）的固体酸，并通过-OH和-PO3H2对其进行改性。这些固体酸在180°C下对纤维素进行4小时水解，结果表明纤维素转化率与固体酸粒径成正比（R2 = 0.925）。粒径较小的固体酸（0.25 μm，即P@HCC-P150）在首次水解过程中表现出更高的催化活性，纤维素转化率达到98.2%，葡萄糖产率为48.5%。Yuan等人（2023）通过引入环腺苷酸受体蛋白（CRP）中的多个点突变，开发出CRP S83H-S128P突变菌株，并在20 L生物反应器中对玉米芯水解物进行半连续发酵，41小时后木糖醇产率和产速分别为175 g/L和4.32 g/L。在Cellic? CTec2和Fiberlife? 550等纤维素酶的作用下，棉纤维可水解为葡萄糖，随后可由Corynebacterium glutamicum ATCC 21492发酵生成L-赖氨酸（Rodríguez Bello et al., 2025）。Wu等人（2020）改造了野生型大肠杆菌，使其能够从葡萄糖中过量产生组氨酸。Zeng等人（2021）研究了Bacillus velezensis K8在降解木质纤维素并提高啤酒糟（BSG）中可溶性糖和蛋白质含量的作用，发现B. velezensis K8在BSG或超声预处理的BSG（UBSG）中通过固态发酵有效提高了可溶性糖和蛋白质的含量。上述研究表明，将纤维素和半纤维素转化为糖类后，一部分可制成蛋白质食品，另一部分可制成能量食品（Jiang B. et al., 2014）。
文献计量学是一种结合数学和统计学的定量分析方法。它基于期刊、作者、国家、机构、关键词和主题等指标，能够深入评估某一领域的研究趋势和焦点，为研究人员提供该领域发展的新见解（Cai & Liao, 2026; de Melo et al., 2024）。然而，现有的关于木质纤维素食品化的综述仅限于工艺和技术层面，未能全面把握研究的整体知识基础和未来趋势，也缺乏文献计量学分析，这限制了我们从发展角度提供新的视角。Gusenbauer（2024）分析了Google Scholar、Scopus和Web of Science等数据库，以及许多未经过分析的数据库，如Lens、Scite、Dimensions和OpenAlex，或特定主题的数据库如PubMed和JSTOR。分析表明，Web of Science（WOS）数据库在跨学科覆盖、引文追踪和去重能力方面具有独特优势。这些优势使WOS数据库成为独立的研究资源，无需依赖其他数据库即可进行文献计量学分析。因此，本研究首次基于WOS数据系统地开展了木质纤维素食品化相关文献的文献计量学分析，旨在全面了解该领域的研究进展和发展趋势。本文的主要研究目标包括：（1）介绍相关领域的发展历史和当前研究状况；（2）揭示科学前沿的演变路径和经典文献；（3）总结当前的研究热点；（4）提出未来研究方向。本文可为后续相关研究提供参考，并为绿色、环保和可持续食品产品的开发提供理论基础。
数据收集
本研究的相关文献数据于2025年11月26日从Web of Science（WOS）数据库的Science Citation Index Expanded（SCI-Expanded）中检索。搜索词包括：#1（木质纤维素、纤维素、半纤维素和全纤维素的转化、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、蛋白质、食品和20种蛋白质生成氨基酸）。
全球研究格局
共分析了来自59个国家、947个机构和3654位作者的772篇论文，这些论文发表在247种期刊上（图S1）。
结论
通过对过去二十年木质纤维素食品化研究的文献计量学分析，可以看出该领域从缓慢发展走向快速崛起的清晰轨迹。研究热点从早期的基础过程（如水解和发酵）逐渐发展到当前阶段（2021-2025年），重点转向高附加值方向。
CRediT作者贡献声明
彭阳：撰写——原始草稿、方法论、形式分析、概念构建。陈强：撰写——审稿与编辑。谢静聪：撰写——审稿与编辑。孙云娟：监督、项目管理、资金获取。姜建春：撰写——审稿与编辑。
资金来源
本工作得到了中国林业科学院中央非营利研究机构的基础研究经费（项目编号：CAFYBB2021ZA003）和中国国家重点研发计划（项目编号：2024YFD1300804）的支持。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
