基于CiteSpace可視化分析的茶葉香氣研究進展

銀霞，黃建安，黃靜，包小村，周凌云，李維，劉紅艷，張曙光*，劉仲華*

基于CiteSpace可視化分析的茶葉香氣研究進展

銀霞1,2,3,4，黃建安1,3，黃靜2,4，包小村2,4，周凌云2,4，李維2,4，劉紅艷2,4，張曙光2,4*，劉仲華1,3*

1. 湖南農業大學茶學教育部重點實驗室，湖南 長沙 410128；2. 湖南省茶葉研究所，湖南 長沙 410125；3. 國家植物功能成分利用工程技術研究中心，湖南 長沙 410128；4. 農業部湖南茶樹及茶葉加工科學觀測實驗站，湖南 長沙 410125

以1979—2019年WOS（Web of science）和CNKI（China national knowledge infrastructure）收錄的茶葉香氣品質相關文獻為研究對象，采用CiteSpace文獻計量方法分別從年代、作者、機構、國家、研究熱點、演進趨勢等方面進行歸納統計分析。結果表明，2006年以后相關研究文獻呈顯著增長趨勢，目前已形成穩定的核心作者群，但各群體間的合作研究相對較少；在該研究領域，我國影響力最大，其次是日本和美國；熱點研究內容主要集中在香氣形成機理、香氣物質提取方法、檢測手段及關鍵香氣物質等方面。綜上結果，結合時區圖譜，進一步指出茶葉香氣的研究歷程及目前所處的發展階段。

茶葉；香氣；CiteSpace；可視化；知識圖譜；進展；熱點

香氣是決定茶葉品質的重要因子之一，對茶葉風味、等級評定以及大眾消費導向等都具有十分重要的作用[1-2]。上世紀五十年代開始，國內外科研工作者開展了關于茶葉香氣的研究工作[3-4]，隨著研究手段的不斷進步，科研學者們對香氣品質的研究不斷豐富，從不同視角和方法對不同茶類進行了相關研究[5-9]。然而，有關茶葉香氣研究的綜述文獻仍然較少，且大多為文獻資料的歸納和總結，缺乏基于知識圖譜對文獻的系統性分析總結。CiteSpace知識圖譜由陳超美開發，基于共被引分析、尋徑網絡算法等方法，通過數據挖掘、信息分析、圖譜繪制，展現特定學科領域的知識結構，可直觀地表現知識群的演化過程，在計算機科學、信息科學以及醫學等領域得到廣泛應用[10]，但在茶葉研究方面鮮有報道。

因此，本文嘗試基于WOS（Web of science）和CNKI（China national knowledge infrastructure）數據庫，運用文獻計量學軟件CiteSpace繪制茶葉香氣研究的科學知識圖譜，對國內外茶葉香氣研究領域的年代分布、作者分布、機構分布、國家分布、研究熱點、演進趨勢等進行量化對比分析，以期掌握目前茶葉香氣研究現狀，并為未來茶葉香氣品質相關研究提供參考。

1 數據來源及研究方法

1.1 數據來源

本文的文獻數據來源于Web of science（WOS）數據庫和中國期刊全文（CNKI）數據庫，數據采集于2019年8月26日。檢索策略及獲得的文獻數見表1。其中，外文和中文文獻數據分別選自WOS數據庫和CNKI數據庫，檢索年度跨度均為1979—2019年。除重后最終得到中文文獻521篇、外文文獻778篇。

1.2 研究方法及工具

本研究采用的知識圖譜工具是由美國Drexel大學陳超美博士基于Java平臺開發的CiteSpace（版本號：5.5.R2）。通過繪制合作、共被引、關鍵詞共現、熱點演進等網絡圖譜，對國內外茶葉香氣研究領域的年代分布、作者分布、機構分布、國家分布、研究熱點、演進趨勢等進行對比分析，從而了解該領域的研究力量、發展動態和熱點演進趨勢。

2 國內外茶葉香氣研究的時空分布特征

2.1 時間分布特征

國內外茶葉香氣研究文獻的年代分布如圖1所示。從圖中可以看出該領域研究發文數整體呈上升趨勢，研究過程可分為4個階段：（1）1979—1992年，該階段文獻數量較少，主要是由于學者們早期相關研究處于起步階段，研究并發表的文章較少。1981年，茶葉專業定名為茶學專業，并被納入國家本科目錄，同年全國名優茶座談會在南京召開，極大的促進了國內茶葉生產與科學研究，茶葉香氣研究對象從煎茶和紅茶逐漸擴增至烏龍茶、紅茶、龍井茶、茉莉花茶等。（2）1993—2005年，中文文獻數量增長速度不明顯，而外文文獻數量處于緩慢上升階段。這段時間是國內茶葉從計劃經濟向市場經濟轉軌、新舊制度交替的階段。期間1993—1995年由于政策和體制未適時調整，全國出現“賣茶難”的現象，茶園荒蕪，部分地方毀茶改植，茶葉產銷下降，科研水平也有所停滯，發文量史上最低；1996年經過調整稅收，擴大了企業出口經營自主權，產銷逐步恢復，科學研究也得以恢復緩慢發展[11]。（3）2006—2011年，波動上升階段。該階段研究文獻開始有明顯增加，雖然部分年份有所下降，但總體呈上升趨勢。中文發文量增至每年10篇以上，外文發文量保持在20篇左右。（4）2012年至今，快速發展階段。該階段的文獻呈迅猛增長趨勢，到2018年底，中文和外文文獻發文量分別為45篇和79篇。

表1 數據來源及檢索策略

2.2 空間分布特征

2.2.1 作者分布

本文通過分析核心作者和作者之間的合作兩方面來討論茶葉香氣研究作者的分布情況。核心作者是指在該研究領域具有重要影響力的科研工作者，其研究方向代表著該領域的重點和未來趨勢，且很大程度上體現了該領域的研究水平[12]。而不同作者之間的合作可促進學科之間的交流和發展，從某種程度上也反應了研究水平和發展階段。

通過軟件繪制知識圖譜可清楚地反映作者間的合作情況，外文作者的合作分布圖譜如圖2。圖2中節點大小表示發文數量多少，研究者之間連線的多少表示合作的緊密程度。可以看出，LIN Zhi、LV Haipeng、ZHU Yin等形成了一個研究群體，節點間的連線較緊密，表明該群體內的作者有較強的合作研究關系。同樣，YANG Ziyin、ZENG Liang、DONG Fang等也形成了較強的合作關系。總體上，目前國際上茶葉香氣研究一共形成了9組合作群體，群體中合作較頻繁，但群體間的交流則較少。

圖1 WOS和CNKI中有關茶葉香氣研究文獻的年代分布

表2 外文核心作者分布情況

注：圖中節點大小表示發文數量多少，研究者之間連線的多少表示合作的緊密程度

表3 中文核心作者分布情況

通過中文文獻作者的合作圖譜（圖3）可見，目前國內茶葉香氣研究基本形成了以林智、周紅杰、劉盼盼、呂世雄等為核心的作者群。國內核心作者交流很多，尤其是發文量前四的核心作者林智、呂海鵬、張悅、朱蔭，組成了一個研究群體。但整體而言，群體間的交流合作相對較少。

2.2.2 機構分布

國際機構分布：通過機構合作情況可知某一領域的研究力量分布，借助CiteSpace繪制研究國際機構的合作圖譜（圖4），發現中國是茶葉香氣領域的主要發文國家，其中中國農業科學院和安徽農業大學是主要研究機構，共發文100篇，占全世界發文總量的29.14%。中國農業科學院以對內交流為主，與安徽農業大學、中國計量大學、南京農業大學、華中農業大學、廣東茶葉研究所、廣東暨南大學、中國水產科學研究院等交流密切，此外與靜岡縣農林研究所、靜岡大學、新加坡國立大學也有良好互動；而安徽農業大學則與國外合作更為頻繁，與加拿大農業和食品農業、孟加拉國茶葉研究所、德國慕尼黑理工大學、美國羅特格斯州立大學建立了良好的合作關系。國外機構以日本靜岡大學、印度賈達普大學、美國羅特格斯州立大學位居前三。

國內機構分布：由圖5可知，國內發文數量較多的研究機構為中國農業科學院研究生院（中國農科院茶葉研究所）和農業部茶樹生物學資源與利用實驗室，它們形成了國內茶葉香氣的主要研究機構，且兩個機構合作關系良好；在對外合作方面，前者以對內為主，而后者則更側重對外合作交流。從合作關系看，各機構間的合作研究較分散，體現合作研究關系的節點有15組，但大多只有兩個節點，且通常處于同一城市或部門，如云南農業大學普洱茶學院和云南省香料研究開發中心、福建農林大學茶葉研究所和福建農林大學園藝學院等；從機構的合作研究情況看，研究力量最強的兩個機構合作關系良好，而其他跨省份合作研究較少。

2.2.3 國家分布

國家合作圖譜如圖6所示，中國、日本、美國、印度、德國節點較大，表明這幾個國家在該領域相關研究較多，且它們之間連線較密，可知這些國家間的相互合作研究較頻繁。

圖3 中文作者合作分布情況

圖4 國際機構分布

圖5 國內機構分布

中介中心性（Centrality）是對節點在整個網絡中發揮作用大小的度量，一個節點的中介中心性越高，表明其在網絡中的連接程度就越強，影響力越大[14]。一般來說，節點的中介中心性≥0.1，說明它是關鍵節點。經統計可得排名前8的國家發文數量和中介中心性（表4），其中中國的發文數最多（274篇），占發文總量的35.22%，中介中心性為0.25，可見我國在該領域研究影響力最大；其次是日本，發文量為127篇，占發文總量的16.32%，中介中心性為0.24，是關鍵節點。第3名是美國，發文量為91，中介中心性為0.15，這表明美國雖然不是茶葉生產大國，但因其強大的科研實力在該領域仍貢獻較大。

3 茶葉香氣研究熱點與演進趨勢分析

3.1 外文文獻茶葉香氣研究熱點聚類

研究熱點挖掘通過關鍵詞共現來實現。關鍵詞是文章的主題提煉，能體現文章的核心內容，因此可通過關鍵詞出現的頻率進行統計和聚類分析，從而把握該研究領域的熱點。

筆者將檢索到的778篇外文文獻導入CiteSpace軟件，時間分區為1年，采取Pathfinder和Pruning sliced networks進行網絡修剪凸顯重要結構特征。聚類標簽提取方式為對數似然率算法，其他設置默認值，運行后可得關鍵詞聚類圖譜（圖7）。由圖7可知，基于熱點詞共聚成7類，modularity均值為0.48，silhouette均值為0.47，且主要聚類silhouette值均不低于0.70（表5），表明聚類效果良好。

3.2 中文文獻茶葉香氣研究熱點聚類

將通過CNKI數據庫檢索到的521篇文獻全部導入CiteSpace軟件，運行完成后可得關鍵詞聚類圖譜（圖8）。由圖8可知，共形成聚類10類，并對其進行分析，結果見表6。

3.3 茶葉香氣研究熱點分析

對比中文和外文文獻中茶葉香氣研究熱點聚類，發現熱點領域有相同點，如都集中體現在香氣物質探究、檢測手段等方面。但外文文獻相關研究更為深入，還包括香氣物質形成機理研究等方面，而中文研究熱點更多的是關注不同茶類和加工過程中香氣物質變化，聚類大多以茶類命名。為了對該領域熱點進行更全面的分析，本文將國內外茶葉香氣的研究熱點歸納為以下幾類。

圖6 國家分布

表4 排名前8位的國家發文量及中介中心性

表5 外文文獻茶葉香氣研究熱點聚類

圖7 外文文獻茶葉香氣研究的熱點詞聚類

圖8 中文文獻茶葉香氣研究的熱點詞聚類

表6 中文文獻茶葉香氣研究熱點聚類

香氣形成機理：自Takeo等[15]早期研究發現香葉醇和芳樟醇可通過水解產生后，上世紀八九十年代，學者們主要圍繞香氣前體物質展開香氣形成機理的研究，并一致認為其中糖苷類物質水解是香氣形成的重要途徑，尤其以櫻草糖苷和葡萄糖苷水解為主要代表[16]。如Kobayashi等[17]發現己烯基-吡喃葡萄糖苷是綠茶香氣主要前體物質，Guo等[18]研究表明()-芳樟醇、苯乙胺是烏龍茶香氣主要前體物質。隨后，Ogawa等[19]和Ijima等[20]在90年代末對糖苷酶進行了分離純化。然而近年來，有學者對糖苷類物質水解為茶葉香氣形成的主要途徑這一說法提出了質疑，如Gui等[21]研究發現，糖苷酶和前體物質有細胞壁阻隔，經加工破損細胞壁后，吲哚等特征揮發物含量未增加，反而降低，且在烏龍茶制作過程中，大多數糖苷酶結合態香氣物質含量沒有降低，糖苷酶在蛋白質或基因水平未被激活，因此可認為糖苷類物質水解反應并非是揮發性化合物形成的主要原因。此外，茶葉經小綠葉蟬危害后形成的花果香也引起了學者們的關注和研究。如Cho等[6]研究表明，東方美人茶獨特花果香的產生是通過激發植物的防御反應機制，促使應激反應蛋白同源的各種蛋白上調，從而促進芳樟醇氧化物、芐醇、2-苯乙醇和2,6-二甲基-3,7-二烯-2,6-二醇等主要香氣物質富集。總體而言，香氣形成機理有待進一步研究揭示。

提取方法：香氣物質提取是香氣分析的第一步，由于茶葉香氣含量低微、成分復雜、易揮發、不穩定，在提取過程中易發生氧化、聚合、縮合、基團轉移等反應，因此選擇茶葉香氣提取方法十分重要，其直接關系到茶葉香氣的定性和定量分析結果[22]。同時蒸餾萃取法（SDE法）裝置自Likens和Nickerson設計后，就因其能獲得高濃度的香氣物質而得到了廣泛應用[23-27]。有研究表明，SDE法比其他蒸餾法得到的香氣組分更為豐富[8,23]，但因長時間高溫作用，茶葉中熱敏性物質發生了較大變化，如不飽和脂肪酸氧化降解生成脂肪族醇和對應醛，糖苷類化合物水解釋放出芳樟醇、香葉醇等游離態香氣物質，-胡蘿卜素熱降解生成-紫羅酮等香氣成分[28-29]，導致提取的香精油與茶葉實際香型存在較大差異，如具有水悶味，帶有木質、收斂和刺激性[30]。除SDE法外，柱吸附法（TLA）[31]、頂空吸附法（HAS）和減壓蒸餾萃取法（VDE）[22]、超臨界流體萃取法[32]、超臨界CO2萃取法（SFE）[33]也被學者們用于香氣物質的提取。近年來，固相微萃取（SPME）因其快速、高效、低成本、低污染而被廣泛應用，與SDE技術相比SPME對茶葉香氣的表征更為有效[34-35]，為茶葉香氣成分分析提供了一種快速有效的研究手段。

檢測手段：對香氣的組分檢測主要包括氣相色譜-質譜聯用技術（GC-MS）和氣象色譜-嗅聞測量法（GC-O）。GC-MS法是目前茶葉香氣分析中最常用的檢測技術[36-41]，多與SPME聯用，具有分離效率高、鑒別能力強、易于定性等特點；GC-O技術最早在1964年由Fuller等提出，對鑒別特征香味物質及其強度、作用大小均有比較良好的效果，多與GC-MS聯合使用，對分析香氣貢獻率方面具有良好作用[42-49]。此外，電子鼻技術作為一種新興的智能仿生技術，在茶葉品質區分方面有良好的應用，如Dutta等[50]嘗試采用電子鼻區分不同加工工藝的茶葉，高林等[51]發現使用電子鼻技術能有效區分不同等級、儲藏年份的普洱茶；但目前電子鼻技術存在傳感器靈敏度不高、漂移影響大等問題，需進一步改進[52]。

香氣物質：不同茶類特征香氣物質一直是國內外研究熱點，通過CiteSpace軟件獲得的高被引和高中介中心性的文獻大多屬于此類。如Wang等[7]研究發現，發酵是發酵茶香氣形成的重要環節，反式-2-己烯醛、苯甲醛、甲基-5-庚-2-酮、水楊酸甲酯和吲哚5種物質總濃度對于半發酵和全發酵茶具有良好鑒定作用；Lv等[9]在26個普洱茶和茯磚茶樣品中共鑒定出93種香氣成分，其中普洱茶以甲氧基酚類化合物含量最多（31.77%），而茯磚茶以酮類化合物含量最多（25.42%），并可根據揮發性物質良好區分；Vilma等[53]比較了速溶茶和紅茶風味物質差異，結果表明兩者香氣物質差異不大，速溶茶可作為紅茶的良好替代品。Christian等[48]研究發現了茶成分(,,)-2,4,6-壬三烯是茶湯中關鍵增香劑，并證實了芳樟醇和香葉醇對茶葉香氣的重要作用。Jumtee等[54]通過香氣物質構建了日本綠茶等級評價模型，并指出香葉醇、吲哚、芳樟醇、茉莉酮等物質是香氣活性物質。此外，茶葉加工過程中香氣物質變化也是關注熱點，如Katsuno等[55]研究了低溫貯藏綠茶中香氣化合物的特征及其生化形成，Lv等[49]探究了普洱茶加工過程中香氣變化規律等，但環境因素對茶鮮葉揮發性成分含量的影響研究相對較少，其中Yang等[56]研究發現遮蔭處理可顯著增加揮發性苯丙/苯類化合物（VPBs）等物質含量。

3.4 熱點詞演進趨勢分析

CiteSpace不僅可對熱點進行聚類分析，還可對熱點詞的演進趨勢進行分析，如時區視圖（Timezone）是一種側重于從時間維度上表示知識演進的視圖，它可清晰展示出文獻的更新和相互影響，呈現關鍵詞熱點演進趨勢[57]。基于CiteSpace繪制出的茶葉香氣研究熱點演進時區圖譜見圖9和圖10。圖9和圖10是以時間為橫坐標，節點表示熱點關鍵詞，節點大小表示詞頻，它們之間的連線表示熱點詞在時間上的演進趨勢。從圖9可見，國際茶葉香氣熱點詞演進大致可分為4個階段：

第一階段為1979—1992年，為研究初始階段，尚未形成明顯的研究熱點。

第二階段為1993—1997年，為研究起步階段，其關鍵詞有aroma、green tea、black tea等。

第三階段為1998—2004年，為研究的發展階段，學者們重點關注香氣形成機制。1998年首次出現關鍵詞formation mechanism，2001年開始探究香氣前體物質和關鍵成分，precursor成為關鍵詞首次出現，trans linalool成為關注的重要物質。

第四階段為2005年至今，伴隨檢測手段的更新迭代，香氣研究進入飛速發展階段。Solid phase micro extration、electronic nose、GC-MS、GC-O、flight mass spectrometry、gc×gc-tofm作為檢測方法熱點詞分別于2005、2007、2007、2016、2018、2019年首次出現。由于檢測手段的進步，借助智能和精密儀器，不同茶類香氣物質檢測和分析判別成為熱點，Identifiction成為這個階段的代表性關鍵詞，自2005年出現后，作為關鍵詞出現頻率高達69次。

由圖10可知，國內茶葉香氣物質研究也可分為4個階段，1979—1992年為起始階段，關鍵詞有香氣物質、茶葉、紅茶、茉莉花茶、烏龍茶等，表明科研人員開始關注不同茶類的香氣物質；1993—1999年為停滯階段，沒有出現新的關鍵詞，主要由于外部環境原因我國相關研究文獻在此階段數量較低所致；1999—2006年，又有少量關鍵熱點詞出現，白茶香氣開始被關注；2006年至今，學科迅猛發展，檢測手段不斷更新，涌現出氣相色譜、氣質聯用、頂空固相微萃取等研究新熱點，科研工作者重點關注產地、品種、工藝、儲存等對香氣品質的影響。

4 結論與展望

4.1 結論

本文運用CiteSpace文獻計量軟件主要對WOS和CNKI數據庫中關于茶葉香氣研究領域的國內外文獻進行了對比分析，繪制了國內外茶葉香氣研究熱點的聚類圖譜及熱點詞演進趨勢圖譜，并從年代、作者、機構以及國家等方面進行了分析，主要結論為：（1）從文獻年代看，國內外茶葉香氣研究在發文量上趨勢較相似，且該領域在2006年后成為研究熱門，文獻數量呈激增趨勢。（2）根據普賴斯定律和文獻統計結果可知，國際上茶葉香氣研究的核心作者共計64位，其中發文最多的是A Kobayashi，共發文21篇。國內茶葉香氣研究的核心作者共計6位，其中發文最多的核心作者是林智。從作者合作圖譜可見，國內外作者分布具有相似特征，具體表現為研究群體內部合作研究頻繁，且群體間的合作研究較少。（3）從研究機構分布看，中國是茶葉香氣領域的主要發文國家，其中中國農業科學院和安徽農業大學是主要研究機構，前者與國內各研究機構合作緊密，而后者與國外相關單位交流頻繁；此外，國內其他機構間的合作研究多數發生在同一地區，跨區域的合作研究較少。（4）從國家分布情況看，中國和日本兩大產茶國發文量和中介中心性遙遙領先，其次是美國。（5）從研究熱點來看，茶葉香氣研究熱點主要集中在香氣形成機理、香氣物質提取方法、檢測手段及關鍵香氣物質等領域。

4.2 展望

根據Shneider的四階段理論，一個研究領域一般先經過最初的概念形成階段，然后進入第二階段，研究工具大量出現，研究的能力和范圍開始增強，此后進入第三階段——擴散階段，研究者將第二階段出現的方法用于研究眾多新問題，并積累了新的證據，從而不斷完善和修正學科的發展，并將這種方法應用到原本研究問題之外的領域，即交叉學科開始盛行，最后進入衰減階段。從時區圖和關鍵詞突顯圖可見，與研究工具如GC-MS、Solid phase micro extration、GC-O等有關的引文較多，且將這些方法用于產地、品種、加工等評價鑒定，表明現在研究處于第二階段末第三階段初。隨著更智能更精密儀器出現，茶葉香氣形成機理、年份鑒定等尚未解決的問題將得到解釋和修正，將進一步完善學科發展。

圖9 外文文獻茶葉香氣研究熱點詞演進

圖10 中文文獻茶葉香氣研究熱點詞演進

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Research Progress of Tea Aroma Based on CiteSpace Visual Analysis

YIN Xia1,2,3,4, HUANG Jian'an1,3, HUANG Jing2,4, BAO Xiaocun2,4, ZHOU Lingyun2,4, LI Wei2,4, LIU Hongyan2,4, ZHANG Shuguang2,4*, LIU Zhonghua1,3*

1. Key Lab of Tea Science of Education Ministry, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2. Tea of Institute, Hunan Academy of Agricultural Sciences, Changsha 410125, China; 3. National Research Center of Engineering Technology for Utilization of Botanical Functional Ingredients, Changsha 410128, China; 4. Hunan Tea Plant and Tea Processing Observation Station of Ministry of Agriculture, Changsha 410125, China

In this paper, the literatures collected by WOS (Web of science) and CNKI from 1979-2019 were taken as the research object. CiteSpace's bibliometric method was used to analyze the aroma quality of tea from the aspects of age, author, institution, country, research hotspot, evolution trend, etc. The results show that the literatures of tea aroma research had a significant growth trend since 2006. Currently, a stable core group of authors had been formed but there were little cooperation among these groups. China had the largest research influence in this field, followed by Japan and the United States. The hot research areas mainly focused on the following topics: the mechanism of aroma formation, the extraction and detection methods of aroma substances, and the key aroma compounds. According to the time zone map, the research progress and development stage of tea aroma at present were pointed out.

tea, aroma, CiteSpace, visualization, knowledge map, progress, hotspots

S571.1

A

1000-369X(2020)02-143-14

2019-10-25

2019-12-15

湖南紅茶品牌建設專項資金[湘財農指（2018）85號]、湖南省農業科技創新資金（2017LM0201）、湖南省農業科技創新資金（2019LM0201）

銀霞，女，在讀博士，助理研究員，主要從事茶葉生物化學及綜合利用研究。*通信作者：suglezhang@126.com，larkin-liu@163.com

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