基于文獻計量的糟渣類食品加工副產物青貯發酵研究進展

潘立超，衛滋花，黃超婧，郭曉鵬，張丙云，范文廣，任海偉

(蘭州理工大學 生命科學與工程學院，甘肅 蘭州，730050)

中國是農產品生產加工大國，近年來農產品加工業快速發展，成為鄉村產業的主體力量，為促進農業提質增效、農民就業增收發揮了重要作用。然而，農產品加工過程中會有大量的酒糟、薯渣、果渣、菌糠等副產物生成。據不完全統計，2020年全國各類糟渣副產物的產量接近6億t，但綜合利用率卻不足40%。這些副產物資源富含蛋白質、碳水化合物(纖維素、半纖維素、淀粉)等多種物質，可用于提取功能活性物質(多酚、肽等)或生產動物飼料、生物肥料、生物能源(氫、甲烷等)、化工產品，利用潛力巨大[1]。

果渣、菌糠、薯渣、酒糟等大宗副產物不僅含水量高，而且營養物質豐富，不易長時間保存，露天堆放或處理不及時極易引發腐敗變質和環境污染，短時間內如何及時、高效實現副產物轉化利用是實際生產面臨的關鍵問題。青貯發酵作為一種傳統的微生態厭氧發酵技術，可以利用附著或外源添加的有益乳酸菌等微生物繁殖代謝產生有機酸，使發酵體系pH值快速下降并抑制腐敗微生物，從而保存有機組分，實現長時間保質儲存[2-3]。青貯發酵不僅能將糟渣類副產物制作成營養價值高、適口性好、便于消化吸收的動物飼料，同時還能緩解冬季飼料短缺等問題[4-5]。任海偉等[6]研究發現白酒糟與菊芋渣能在適宜比例條件下通過生化互補特性發揮協同效應實現優質青貯，獲得良好的發酵品質。寇江濤等[7]認為添加纖維素酶、木聚糖酶能夠提高水稻秸稈和白酒糟混合青貯的營養品質、養分消化率和飼用價值，且纖維素酶的添加效果優于木聚糖酶。朱飛等[8]認為在茶渣中添加麥麩和乳酸菌制劑可明顯提高茶渣的青貯品質和養分含量，尤其在85%茶渣+15%麥麩的混合原料中添加100 mg/kg乳酸菌制劑可獲得較優質的青貯茶渣飼料。魏海燕等[9]比較研究了馬鈴薯淀粉渣分別與玉米粉和燕麥草粉的混合青貯品質，發現馬鈴薯淀粉渣與玉米粉混合發酵后的相對飼喂價值更高，乳酸發酵強度較高。王玫丹[10]認為啤酒糟與玉米秸混合青貯能迅速降低發酵pH值，增加乳酸和乙酸含量，提高青貯有氧穩定性。SCHNEIDER等[11]也發現甜菜粕和啤酒糟混合青貯能獲得良好的發酵水平。青貯發酵后的葡萄渣、蘋果渣和茶渣對提高牛、羊、魚等動物生產性能有積極作用[12-14]。

文獻計量學是研究文獻信息及其學科領域研究現狀、熱點與趨勢的情報學科，通過文獻資料的時空分析能對研究現狀和發展趨勢做出科學評價和預測，有著傳統文獻綜述難以比擬的優勢[15]。近年來，文獻計量學已被廣泛用于化學、農業、醫藥、生物、能源等學科發展的綜合分析[16-17]。本文利用文獻計量學方法，結合Web of Science(SCI-E)檢索分析和中國知網CNKI(期刊)可視化分析，對青貯發酵在糟渣類食品加工副產物的利用現狀及今后的發展態勢進行客觀分析和判斷，以期更好地反映該領域最新研究態勢和熱點前沿，從而為從事相關研究的科研人員和機構提供參考。

1 數據來源與方法

1.1 數據來源

選擇Web of Science (SCI-E)和中國知網(CNKI)期刊數據庫作為數據來源。利用關鍵詞、主題以及結合領域分類的方法，檢索與糟渣類食品加工副產物青貯發酵研究相關的國內外論文，檢索式確定如下：

Web of Science (SCI-E)使用的檢索式：

使用高級檢索，(TS=(silage* OR ensil*)) AND (TI=(Residue OR dreg* OR dross OR bagasse OR pomace OR marc OR lees OR offscum OR offscouring*)) time span=2008—2020。

中國知網(CNKI期刊)使用的檢索式：

使用高級檢索，主題=(青貯)，并且篇名=(糟)或含(渣)，發表時間為2000—2020。

初步檢索獲得 CNKI 中文文獻243篇，SCI-E 文獻188篇，通過文獻類型、Web of Science類別以及主題相關度進一步精簡檢索結果，最終對篩選的 CNKI 數據庫中240篇期刊論文和 SCI-E 數據庫中182篇文章進行分析。

1.2 分析方法

分析過程中使用的軟件及平臺有：(1)利用CiteSpace 軟件5.8.R1版本，以文獻中的關鍵詞作為節點進行聚類分析、突顯分析，設置相應的時間跨度及time slice。(2)將文獻數據輸出為純文本格式，利用文獻計量在線分析平臺進行關鍵詞分析。(3)利用Origin 2021、Excel 2019將相關數據繪制統計圖。

2 結果與分析

2.1 年度發文量趨勢分析

2.1.1 Web of Science(SCI-E)年度發文量趨勢分析

2008～2020年SCI-E數據庫中的文獻年度發表趨勢如圖1所示。2008～2012年的發文量均低于12篇以下，且有一定波動；2012～2020年的發文量穩中有升，由擬合趨勢線可預判2021年該領域的發文量將達到26篇。說明近10年來與糟渣類食品加工副產物的青貯發酵相關研究在國際上關注度越來越高，而且有關“不同比例糟渣類副產物與草本植物的混合青貯品質或動物生產特性”的技術研究日趨成熟。ALBA等[18]研究發現飼糧中添加2%的葡萄渣粉可提高奶羊的抗氧化和抗炎反應，改善奶羊品質。ARAJO等[19]將焙烤食品殘渣與象草進行混合青貯發酵，能有效提高干物質回收率，更好地保存營養成分。可見，青貯發酵技術已經廣泛用于各種糟渣類食品加工副產物的處理。

圖1 SCI-E年度發文量趨勢圖Fig.1 The trends of publications in SCI-E

2.1.2 CNKI(期刊)年度發文量趨勢分析

CNKI(期刊)數據庫中的年度發文量如圖2所示。在2000～2013年，年度發文量整體呈現上升趨勢，在2013年達到峰值。2013年發表論文數為24篇，研究的青貯原料多為蘋果渣、番茄渣以及水葫蘆渣等[20-23]。在2014～2020年，年度發文量整體呈現下降趨勢，青貯對象也多集中于果渣類原料。

圖2 CNKI(期刊)年度發文量趨勢圖Fig.2 The trends of publications in CNKI (journal)

2.2 論文發表國家分析

對2008～2020年SCI-E數據庫分析發現，巴西、中國和美國3個國家在該研究領域的發文數量相對較多，其中中國排在第2位，發表文獻數量為33篇，占比為18.132%，但篇均被引數僅為9.45次/篇，居于第6位，說明我國學者的研究成果在國際認可度和國際影響力方面還有上升空間，研究人員應在該領域繼續深耕，提供更有價值的研究成果。相反，盡管德國的文獻總數排在世界第4位，但篇均被引數卻是最高的，高達33.64次/篇(圖3)，說明德國學者在此領域的研究成果備受國際認可，傳播影響力相對較高。結合圖4主要國家逐年發表論文數量可以看出，巴西、美國、印度、日本在該領域的起步較早，中國則因大宗固體廢棄物綜合利用、循環經濟發展等政策因素，對食品加工副產物資源再利用的重視程度逐年提升，文獻發表數量有后來居上之勢。

圖3 TOP10國家/地區的發文影響力Fig.3 Influence of publications in TOP 10 countries or regions

圖4 TOP 10 國家的年度發文趨勢Fig.4 The growth trends of the publications of 10 most productive countries

2.3 文獻發表期刊的分布

期刊類型是按某一標準劃分整體后所表現出來的期刊群體。一個學科的文獻往往分布在多種類型的期刊上，這是由論文的學科性和期刊的報道內容所決定的[24]。而期刊分布在一定程度上反映著某一學科在文獻表現方面的集中度，是評價學科發展水平的重要指標之一。

2.3.1 Web of Science(SCI-E)文獻期刊分布

通過分析發現，SCI-E數據庫中檢索到的182篇文獻分散發表在105種期刊。表1選取了論文發表數量排名前10的期刊進行分析，發現荷蘭有3種期刊入選，其中影響因子最高的期刊是BioresourceTechnology(IF 9.642)，該期刊發表了10篇文章，多側重于糟渣類副產物的青貯應用研究。另一方面，根據Web of science類別，有關糟渣類食品加工副產物青貯發酵的研究主題多集中在農學、獸醫科學、生物技術應用、微生物學等學科領域，尤其農業方向多聚焦在動物科學，著重探究各種副產物青貯發酵后作為飼料對牛羊生產性能、消化率等方面影響[13,25]。

表1 SCI-E文獻期刊分布(前10)Table 1 Top 10 journals in terms of number of articles published of SCI-E

2.3.2 CNKI(期刊)文獻期刊分布

通過CNKI(期刊)數據庫的期刊分布分析，將發表文獻排名前十的期刊進行統計，如表2所示。分析發現，該研究領域的論文多數發表在農業科技專輯、畜牧與動物醫學專題，且與動物飼料、動物營養等期刊密切相關，說明食品加工副產物在青貯發酵處理后多用于動物飼料，大大豐富了飼料的來源和制作工藝。此外，動物營養學報是中國科技期刊卓越行動計劃中的領軍期刊，復合影響因子和綜合影響因子均為最高，是動物飼料研究領域的高水平期刊之一。

表2 CNKI文獻期刊分布(前10)Table 2 Top 10 journals in terms of number of articles published of CNKI

2.4 論文發文機構的分布

2.4.1 Web of science(SCI-E)論文研究機構的分布

通過分析發文機構可了解各科研機構在此領域的學術水平、權威程度以及研究水平的差異性。表3統計了SCI-E數據庫中文獻發表數量排名前11的研究機構。由表3可知，中國農業大學研究成果集中且發文數量位居世界第一，其中MENG Q X(孟慶翔)，XU C C(徐春城)，ZHOU B(周波)，ZHOU Z M(周振明)是該機構的主要研究力量。黑龍江八一農墾大學和南京農業大學也位列其中。另一方面，加州大學戴維斯分校發表文獻的篇均被引頻次最高為29 次/篇，美國農業部和加州大學的篇均被引頻次緊隨其后，表明這3個機構的研究成果受到該領域學者的普遍認可，發表文獻的影響力較大[26]。結合各國家/地區及機構之間的合作關系網絡圖分析發現，圖5-a中各個國家和地區間伸出與接收的連線并不多，最多的在4～5條左右，圖5-b中各結點分布均勻，未形成以某一機構為主的合作網絡，說明該領域跨國家聯系合作不太頻繁，各機構間合作呈分散狀。未來各個國家及機構間的合作交流研究應該進一步加強。

表3 SCI-E的研究機構(前11)Table 3 The 11 most productive research institutes of SCI-E

a-發文國家；b-發文機構圖5 各國家及機構之間的合作關系Fig.5 Mapping knowledge domain of countries and institutes cooperation

2.4.2 CNKI(期刊)論文研究機構的分布

由排名前10的CNKI 論文研究機構分布(表4)可知，我國相關研究機構主要集中在高等學校。其中，西北農林科技大學發文數量排名第1，占比為7.00%；其次為河北農業大學、新疆農業大學和甘肅農業大學，分別發表文獻數為12、10和9。值得注意的是，排在前4位的高校中有3所處在西北地區，這可能是因為甘肅、新疆都屬于我國著名的五大牧區之一，農產品資源也相對豐富，畜牧養殖業的快速發展使動物對飼料的需求旺盛，使得農產品或食品加工副產物在動物飼料轉化途徑的應用方面更具優勢。

表4 CNKI的研究機構(前10)Table 4 The 10 most productive research institutes of CNKI

2.5 關鍵詞分析

關鍵詞聚類分析是以關鍵詞共現分析為基礎，將關鍵詞共現網絡關系通過聚類統計學的方法簡化成數目相對較少聚類的過程[27-28]。通過關鍵詞聚類分析的方法對糟渣類食品加工副產物青貯發酵領域的研究熱點進行分析，可以探求該領域的研究熱點主題。

2.5.1 Web of Science(SCI-E)關鍵詞分析

利用文獻計量在線分析平臺進行關鍵詞分析，每個色塊代表不同的關鍵詞，色塊的大小代表關鍵詞數量的多少。由圖6可知，隨著時間的推移，關鍵詞種類在不斷增加，從副產物青貯發酵，作為青貯飼料后在動物中的消化率，到最后副產物(如番茄渣、蘋果渣)的青貯發酵品質，包括有氧穩定性、營養價值以及在動物體內的消化率。

圖6 SCI-E關鍵詞分析Fig.6 SCI-E keyword analysis

2.5.2 CNKI(期刊)關鍵詞分析

通過運行CiteSpace軟件，設置節點類型為關鍵詞，具有主題相似性的關鍵詞被歸為一類，得到如圖7所示關鍵詞聚類網絡圖譜。具體聚類所含標簽詞如表5所示。圖中呈現了“蘋果渣”、“發酵品質”、“飼喂奶牛”、“啤酒糟”、“甜菜渣”、“生長性能”、“營養成分”、“發酵生產”8個聚類，反映了糟渣類食品加工副產物青貯發酵領域的研究熱點。進一步分析，水分含量較高的蘋果渣、甜菜渣和啤酒糟等副產物適宜通過青貯發酵進行轉化利用，而且評價和研究青貯(單一或混合)對發酵品質、動物生產性能以及青貯質量影響仍是學者關注的熱點。

表5 關鍵詞共現網絡聚類表Table 5 Keyword co-occurrence network clustering table

圖7 CNKI關鍵詞聚類網絡圖譜Fig.7 The keyword clustering knowledge map of literatures in CNKI

由圖8可知，在2000～2009年一直突現的突現詞為“青貯窖”、“飼喂奶牛”，也間斷突現“青貯飼料”“青貯原料”“玉米秸”“蘋果渣”等關鍵詞；2008～2011年的突現詞為“甜菜渣”；2012～2017年間的突現詞為“番茄渣”；2014～2018年的突現詞為“馬鈴薯渣”。突現詞是某一個時間段內被引頻次突然增多的關鍵詞，可以用來反應某一時間段內的研究趨勢，說明近年來果蔬加工副產物的青貯發酵研究較為集中，受到學者們的廣泛關注。

圖8 CNKI關鍵詞突現圖(前9)Fig.8 Knowledge map of the top 9 burst terms with the strongest citation bursts in CNKI

3 結論與討論

基于文獻計量學方法，結合2000～2020年中國知網(CNKI期刊)數據庫和2008～2020年SCI-E數據庫分析結果，國內外相關研究主要集中在青貯(單一或混合)制備高品質動物飼料、不同種類副產物與秸稈等大宗廢棄物的青貯過程調控、副產物青貯后對動物生產性能、動物產品質量的影響等方面。其中，蘋果渣、番茄渣、葡萄渣、甜菜渣等含糖量較高的副產物研究相對廣泛，這些物質對青貯發酵啟動和品質提升具有積極作用。盡管目前國內外學者在該領域的研究成果很多，但由于副產物種類多、資源量大等特點，整體綜合利用率仍然偏低，繼續深入研究副產物經青貯發酵后的二次梯級利用更為迫切，尤其是從種類搭配、混合比例、過程調控等方面研究如何提升副產物青貯后的飼用價值和營養消化率，以及青貯在高端寵物飼料、生物能源(乙醇、沼氣等)等產業的拓展將會是未來極具潛力的發展方向。總之，青貯技術對糟渣類副產物的綜合利用具有積極促進作用，研究內容和發展潛力還有很大的增值空間。