《International Journal of Biological Macromolecules》：Preparation of
V-type granular starch in natural deep eutectic solvent and its physicochemical properties and
in vitro digestibility
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甲壳素（CS）作为可持续生物材料，在健康、食品和环境领域应用广泛。文献计量分析（2015-2025）显示其研究年增长率约15.7%，主要应用在生物医学工程、食品科学和材料加工。对比传统化学方法与绿色提取技术（酶、微生物、超声波等），探讨结构-功能关系及跨领域应用，提出可持续经济框架下的挑战与研究方向。
阿努阿尔·布安加（Anouar Bouanga）、苏玛雅·埃尔·阿斯里（Soumaya El Assri）、拉希德·布哈鲁德（Rachid Bouharroud）、阿卜杜斯拉姆·阿塞赫劳（Abdeslam Asehraou）、维克托利亚·莉拉·巴拉兹（Viktória Lilla Balázs）、亚历山大·塞切尼（Aleksandar Széchenyi）、弗吉尼亚·霍克（Virginia Hock）、拉希德·萨巴希（Rachid Sabbahi）
摩洛哥拉尤恩伊本·佐赫尔大学（Ibn Zohr University）拉尤恩高等技术学院科学技术研究团队，地址：Quartier 25 Mars, P.O. Box 3007, Laayoune, 70000
摘要
几丁质及其去乙酰化衍生物壳聚糖（Chitosan, CS）是一种多功能且可再生的多糖，越来越多地被认作是健康、食品和环境应用中的可持续生物材料。由于其多阳离子性质、出色的生物相容性和易于功能化，这些聚合物在生物医学工程、活性食品包装、可持续农业和环境修复等领域展现出广泛的技术适应性。本文综述了2015年至2025年10月11日期间全球关于壳聚糖的研究，整合了文献计量学、结构和功能分析。对2616篇文献的统计分析显示，相关研究呈强劲增长趋势，年均增长率约为15.7%，主要来自中国、印度、伊朗和埃及，并确定了三个主要研究领域：生物医学工程、食品科学和材料加工。定量分析为后续关于分子多样性、提取技术和跨领域生物功能性的讨论提供了背景。传统化学方法与生态创新和混合绿色方法（包括酶法、微生物法、超声法、微波法、离子液体法和深共晶溶剂辅助提取法）进行了对比，这些方法符合循环生物经济的原则。通过探讨结构-功能关系，阐明了分子量、去乙酰化程度和多晶型形式如何影响抗菌、抗氧化、抗癌和伤口愈合等性能。通过将数据驱动的文献计量分析与机制洞察相结合，本文勾勒出了基于壳聚糖的材料的创新前沿，并为推动其发展为下一代解决方案提供了路线图，以实现人类健康、食品安全和环境韧性的统一。
引言
几丁质及其去乙酰化衍生物壳聚糖（CS）作为一种环保型生物聚合物，因其多样的结构和生物功能而受到全球关注[1]。作为仅次于纤维素的第二大天然多糖（年产量估计为10^12吨[2]），几丁质存在于多种生物基质中，如节肢动物的外骨骼、真菌的细胞壁以及某些海洋副产品中[3][4][5]。近年来，提取和加工技术的进步（包括超声法、微波法和溶剂辅助法）提高了壳聚糖生产的可行性和可持续性。这些生态创新方法减少了能源和试剂的消耗，同时保持了生物聚合物的功能性，符合强调废物增值和闭环生产系统的循环生物经济原则[6][7]。从药物递送到农业生态韧性等多个跨学科应用表明，壳聚糖与多个联合国可持续发展目标（SDGs）相契合，包括良好健康与福祉（SDG 3）、零饥饿（SDG 2）和负责任消费与生产（SDG 12）。对可持续、可降解和生物相容性材料的需求增加了对壳聚糖研究的兴趣。
通过部分去乙酰化，几丁质转化为壳聚糖，后者在微酸性介质中具有更高的溶解度、明显的多阳离子性质以及由其氨基和羟基官能团带来的高化学反应性[8][9]。这些特性使其能够与带负电荷的表面发生静电相互作用，从而具备广泛的生物相容性和生物活性（如抗菌、抗氧化、抗炎、抗癌和免疫调节作用）[1][10][11][12]。壳聚糖与金属、药物或其他生物聚合物的化学修饰和配位可以制备用于生物医学、环境和农业应用的水凝胶、薄膜、纳米颗粒和支架[13][14][15][16][17][18]。
目前，功能性壳聚糖纳米疗法和纳米载体是根据明确的材料属性标准（如电荷密度、亲水-疏水平衡和分子结构）设计的，以实现刺激响应性释放、成像和靶向，在癌症及相关生物医学应用中发挥作用[19][20][21]。针对癌症的纳米载体研究进展强调了多触发控制（肿瘤pH值、氧化还原条件、近红外照射和配体介导的靶向），以提高治疗效果并降低脱靶毒性[21][22][23]。除了生物医学领域，最近的研究还将壳聚糖-金属和壳聚糖-金属氧化物纳米复合材料视为具有抗菌和屏障功能的智能系统，并具备传感能力，同时越来越关注纳米颗粒的迁移和生态毒性[24][25][26][27][28]。例如，王等人展示了如何通过分级孔工程和官能团优化提高高性能壳聚糖基水凝胶的吸附能力[29]，而杨等人则展示了通过协同整合吸附位点和刺激响应性释放机制来增强壳聚糖框架的多功能性及污染物捕获效率[30]。总体而言，这些综述表明该领域正从关注内在生物活性转向解决标准化、监管验证和规模化生产（包括批次间结构控制、符合良好生产规范（GMP）的加工和应用相关的毒理学评估）等挑战，这些因素决定了基于壳聚糖的材料的发展速度[31][32][33][34]。
尽管取得了显著进展，但仍存在一些挑战阻碍着对壳聚糖技术的全面理解和大规模应用。现有文献在各个应用领域分布零散，亟需一种综合性的综合研究，将文献计量学趋势与分子洞察、跨领域创新和市场现状结合起来。本文对当前壳聚糖研究进行了全面整合，结合了文献计量分析和科学评估。基于2015年至2025年间发表的同行评审文章，首先通过数据驱动的文献计量学概述描绘了全球壳聚糖相关研究的演变，确定了主要国家、合作网络和新兴主题。这一定量基础为后续章节提供了背景，探讨了几丁质和壳聚糖的天然来源、分子结构和多晶型多样性，随后比较了传统、生物和绿色提取方法。进一步讨论了壳聚糖的主要生物活性（如抗菌、抗氧化、抗癌和伤口愈合机制）的结构-功能关系，并探讨了其在生物医学、食品保存、农业和环境修复中的跨领域应用。最后，本文将这些见解纳入循环生物经济的更广泛框架中，强调了关键挑战、可持续性前景以及推动壳聚糖材料实现更大工业和社会影响的研究方向。
本文的主要目标和关键贡献如下：
提供最新的几丁质和壳聚糖研究综述，结合文献计量学分析与关键文献评价。系统地将壳聚糖的分子特性和提取策略与其在生物医学、食品、农业和环境应用中的功能性能联系起来。从可扩展性、可持续性和工业可行性角度批判性地评估传统、生物和绿色提取技术。在结构-属性-功能框架内综合跨领域的生物功能性机制，而不仅仅是孤立的现象。识别阻碍壳聚糖系统大规模应用的关键限制、监管挑战和转化瓶颈。突出可能加速实际应用影响的新研究方向，包括混合材料、数据驱动设计和循环生物经济整合。研究方法
本节描述了用于收集、整理和分析几丁质及壳聚糖研究科学与工业数据的方法论框架。该综述结合了系统文献分析和文献计量学映射，以捕捉学术进展和转化趋势。
全球研究趋势的文献计量学综合
基于第2节所述的方法论框架，本节对基于壳聚糖材料的全球研究趋势进行了文献计量学综合分析。该分析追踪了2015年至2025年间该领域的发展，确定了主要研究主题、国际合作网络和跨生物医学、食品、农业和环境领域的创新前沿。因此，文献计量学分析被视为一个背景框架结论
壳聚糖正处于一个关键时刻，正从一种多功能但常常孤立的生物材料转变为可持续未来的跨学科基石。本文总结了整个壳聚糖价值链的进展——从环保提取到先进的功能化——揭示了一个既成熟又快速发展的领域。综合文献计量学分析（第3.1节）定量强调了这一演变过程，明确了从基础研究到应用发展的清晰路径CRediT作者贡献声明
阿努阿尔·布安加（Anouar Bouanga）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、软件开发、方法论设计、数据整理、概念构思。苏玛雅·埃尔·阿斯里（Soumaya El Assri）：撰写——审稿与编辑、软件开发。拉希德·布哈鲁德（Rachid Bouharroud）：撰写——审稿与编辑、形式分析。阿卜杜斯拉姆·阿塞赫劳（Abdeslam Asehraou）：撰写——审稿与编辑、概念构思。维克托利亚·莉拉·巴拉兹（Viktória Lilla Balázs）：验证、研究设计、数据整理。亚历山大·塞切尼（Aleksandar Széchenyi）：撰写——审稿与编辑、方法论设计。弗吉尼亚·霍克（Virginia Hock）：撰写——审稿与编辑写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在撰写过程中，作者使用了Gemini工具来提高文章的可读性、语言表达和写作效率。使用该工具后，作者对内容进行了必要的审阅和编辑，并对发表论文的内容负全责。利益冲突声明
作者声明与提交发表的工作不存在任何直接或间接的财务或非财务利益冲突。致谢
作者感谢MHESRI/DHESR-Morocco和MIT-Hungary（2023年协议，编号1和2）的支持。
