基于文獻計量的乳酸菌細菌素研究態勢分析

鄒旖旎，劉珊娜

天津農學院 食品科學與生物工程學院（天津 300392）

乳酸菌（Lactic acid bacteria，LAB）是指發酵糖類主要產物為乳酸的一類無芽孢的革蘭氏陽性細菌的總稱[1]。乳酸菌對調節胃腸道的菌群平衡發揮著很大功效[2]，同時具有改善機體免疫功能、提高免疫力、抑制雜菌生長的作用[3-4]。乳酸菌細菌素是由乳酸菌在代謝過程中合成的一類具有殺菌作用的蛋白質或多肽類物質[5]。乳酸菌細菌素具有較好的耐熱性、耐酸堿性[6]、安全性高、無污染、不產生耐藥性[7]、生產方式多樣等特點[8-9]，因此應用于多種食品的防腐保鮮如肉制品[10]、乳制品[11]和果蔬制品[12]，亦可將其應用于生物醫藥領域，進行藥物開發[13-14]，亦應用于畜牧養殖中，提高動物免疫力[15]。同時乳酸菌也是全球公認的安全菌株，將乳酸菌細菌素應用于食品工業和飼料工業中，對保障食品安全有著重要的意義[16-17]。

乳酸菌細菌素可根據氨基酸的理化結構及性質進行分類[18]，包括羊毛硫抗生素（Class Ⅰ）、熱穩定的不含羊毛硫氨酸殘基的膜活性多肽（Class Ⅱ）、熱不穩定的大分子蛋白類細菌素（Class Ⅲ）和復合細菌素（Class Ⅳ）[19]，其中以Class Ⅰ和Class Ⅱ為主[20-21]。I類細菌素分為兩類：A類為帶正電荷且具有疏水基團的兩親性螺旋狀肽鏈；B類分子量較小，含有很多小型環狀結構，不帶電荷。A類細菌素中的乳酸鏈球菌素（Nisin）是一種具有天然生物活性的抗菌肽，能有效地抑制包括食品腐敗菌和致病菌在內的許多革蘭氏陽性菌，也是被普遍允許用作食品添加劑的細菌素[22]。Ⅱ類細菌素[23]是一類熱穩定、未修飾的小肽，分為4類：Ⅱa類（類乳酸片球菌素細菌素）是Ⅱ類細菌素中的主要亞種，對李斯特菌屬（Listeriasp.）具有明顯抑制作用，氨基酸序列的相似性在40%～60%，在維持腸道微生態平衡、抑制病原微生物生長、激活酸性蛋白酶活性、調節機體新陳代謝等方面發揮作用[24]；Ⅱb類（雙肽、未修飾細菌素）是由兩個不同的肽組成一個具有抗菌活性的絡合物；Ⅱc類（環狀細菌素）通常是N端和C端以共價鍵連接形成環形結構的肽；Ⅱd類為未修飾的線性非類乳酸片球菌素細菌素。

文獻計量學是指結合數學和統計學的方法，對一切知識載體進行定量分析的交叉科學[25]。基于文獻數據特征，采用數學和統計學方法來研究文獻分布結構、數量關系及其變化規律，從而評價和預測科學技術的研究現狀與發展趨勢[26]。文章基于Web of Science核心合集數據庫，采用文獻計量學的方法和可視化分析技術從文獻數量、國家/地區影響力、研究機構、研究領域、研究熱點等多角度歸納總結2002——2021這20年間乳酸菌細菌素研究態勢，以期為乳酸菌細菌素的后續研究提供文獻參考。

1 材料與方法

1.1 數據來源

文章數據來源于Web of Science核心合集數據庫，通過Web of Science平臺的Science Citation Index Expanded（SCI-E）數據庫，采用主題檢索的方法[27-29]，以lactic acid bacteria bacteriocin為主題對2002——2021年間發表的乳酸菌細菌素相關文獻進行檢索，并在此基礎上將文獻類型限定在論文（Article）和綜述論文（Review Article），最后共得到2 059篇文獻用于文獻計量分析。

1.2 研究方法

利用Web of Science平臺自有的分析功能和CiteSpace（6.1.R2版）可視化軟件，借助文獻計量在線分析平臺（https://bibliometric.com/app）對得到的2 059篇文獻進行分析。從文獻發表數量、國家/地區發文量及合作關系、研究機構、研究方向等方面進行分析，并預測該研究領域的發展方向和前景變化。

2 結果與分析

2.1 年度文獻數量變化分析

2002——2021年文獻發表量總體呈上升趨勢，由2002年的75篇增長到2008年的116篇，除2016年出現明顯下降之外，2008——2021年的文獻發表數量均在百篇以上，其中2020和2021年的發文量排名第1和第2（圖1），表明現階段該領域研究熱度較高，具有良好的發展態勢。2002年發文量排名前3的國家是法國、西班牙和美國，中國尚無相關論文發表。而2021年中國以25篇的發文量位居全球首位，意大利和巴西排在第2和第3位。圖2是發文量排名前5國家發文量統計，可以看到中國的排名呈現快速上升趨勢，該領域研究取得明顯進展。

圖1 2002——2021年乳酸菌細菌素研究發文量趨勢圖

圖2 2002——2021年乳酸菌細菌素研究發文量前5國家發文量趨勢圖

2.2 國家/地區發文量及合作關系分析

圖3是2002——2021年各國家/地區在乳酸菌細菌素研究領域的關系網，全球共有94個國家/地區開展了相關研究，發文量在5篇以上的國家/地區有53個。從圖中各國家/地區交叉連接產生的模塊來看，各國家/地區之間連線密集復雜，說明不同國家/地區之間存在較多的合作關系，中國、巴西與其他國家合作密切，研究交流頻繁。圖4是2002——2021年間發文量排名前10的國家/地區，依次為西班牙、巴西、印度、中國、法國、日本、美國、意大利、韓國、加拿大，發文量分別占總發文量的10.30%，8.65%，8.50%，7.73%，6.65%，6.07%，5.63%，5.34%，5.10%和4.18%。

圖3 2002——2021年全球范圍內各國家/地區之間的合作關系示意圖

圖4 2002——2021年乳酸菌細菌素研究領域發文量排名前10的國家/地區

2.3 文獻研究機構分析

2002——2021年共有1 517個機構參與文獻發表，其中論文發文量排在前10名的文獻所屬機構共發文591篇，占該研究領域總文獻數量的28.70%。發文量排名第1的圣保羅大學共發文97篇，占總發文數量的4.71%。這10個機構中有6個為各國高校，4個來自研究機構。

文章的被引用次數是文獻計量學中衡量論文質量和影響力的一個重要指標。表2中比較了各機構所發論文的引用頻次。南非斯泰倫博斯大學的總被引用次數為1 389，排名第1，排在第2和3位的是日本九州大學和巴西圣保羅大學。在平均被引用次數上，比利時布魯塞爾自由大學排名第1，其次為西班牙哈恩大學和南非斯泰倫博斯大學。排名前10的機構中尚無中國的研究機構，說明中國在發文的影響力上仍有進一步上升的空間。

表1 2002——2021年乳酸菌細菌素研究領域發文量前10名的機構

表2 2002——2021年乳酸菌細菌素研究領域發文總被引用次數排名前10的機構

2.4 發文期刊分析

將2 059篇文獻根據來源出版物進行檢索分析，這些文獻來源于399個出版物。表3為發文量前10位的出版物分布情況，累計發文總量632篇，占總發文量的30.85%，文獻投稿期刊刊物較為集中。International Journal of Food Microbiology的總被引用次數最高，達到1 699次，平均被引用次數也最高。發文量排名前10的出版物的出版國家較為集中，其中英國5本，美國2本，荷蘭、瑞士、意大利各1本。根據JCR分區[30-31]，排名前10的期刊中Q1區有5個，Q2區有3個，Q3區有2個，出版物的JCR分區相對靠前。

表3 2002——2021年乳酸菌細菌素研究領域發文量前10位的出版刊物分布情況

2.5 研究熱點分析

2.5.1 研究方向分析

乳酸菌細菌素的研究方向分布于49個研究領域，微生物學領域以858篇論文的發文量位居第1，占總文獻量的41.67%，是乳酸菌細菌素的主要研究方向（表4）。食品科學技術、生物技術與應用微生物學方向分別以780和752篇的發文量排名第2和第3位，各自占比37.88%和36.52%。其他學科的占比均低于10%，說明這3個研究方向體現了乳酸菌細菌素的主要研究領域。

表4 2002——2021年乳酸菌細菌素研究領域發文量前10位的研究方向統計表

2.5.2 關鍵詞分析

歷年關鍵詞數量變化如圖5所示。2002——2021年間出現次數最多的前5個關鍵詞排序依次為bacteriocin（細菌素）、lactic acid bacteria（乳酸菌）、bacteriocins（細菌素）、Listeria monocytogenes（單核細胞增生李斯特菌，簡稱單增李斯特菌）、antimicrobial activity（抗菌活性），其中包含前3個關鍵詞的論文總數占總發文量的68.17%。

圖5 2002——2021年乳酸菌細菌素關鍵詞數量變化圖

圖6為利用CiteSpace繪制的關鍵詞共現圖[32]，共有220個節點，1 548條線。關鍵詞頻次排名前10的是乳酸菌（lactic acid bacteria）、細菌素（bacteriocin）、純化（purification）[33-34]、單增李斯特菌（Listeria monocytogene）[35]、菌株（strain）、鑒定（identification）[33]、乳酸乳球菌（Lactococcus lactis）[36]、乳酸鏈球菌素（Nisin）[37]、生長（growth）[38]、抗菌活性（antimicrobial activity）[37-39]。乳酸菌以1 472的出現頻次排名第1，細菌素以1 082的出現頻次排名第2。乳酸菌中多個種屬可以產生細菌素，研究較多的如乳酸乳球菌和乳酸鏈球菌等，通過對不同來源產細菌素乳酸菌的分離篩選、鑒定及細菌素活性測定，能夠為開發具有應用前景的生物防腐技術提供基礎[39-42]。由于食源性致病菌單增李斯特菌對多種乳酸菌細菌素都敏感，常作為指示菌進行抑菌試驗。乳酸菌細菌素可用于單增李斯特菌的生物防腐，在食品安全中發揮重要作用，也是研究的熱點方向[43]。

圖6 2002——2021年乳酸菌細菌素領域關鍵詞共現圖

2.5.3 研究熱點變化分析

用CiteSpace可視化分析軟件對2002——2021年乳酸菌細菌素領域進行分析，得到排名前20的突現詞（表5）。突現詞的突現度越高表明學術關注度越突出，越能代表該時間段內最新研究動態及發展趨勢。通過追蹤突現詞的變化來反映這個領域主題在不同時間段的變化趨勢。這些突現詞分別為nucleotide sequence（核苷酸序列）、Gram-positive bacteria（革蘭氏陽性菌）[44]、cloning（克隆）、plasmid（質粒）、Carnobacterium piscicola（棲魚肉桿菌）、pH（酸堿度）、Class Ⅱa bacteriocin（Ⅱa類細菌素）[45]、sec dependent bacteriocin（sec依賴性細菌素）、Pediococcus acidilactici（乳酸片球菌）、cheese（奶酪）、Lactobacillus curvatus（彎曲乳桿菌）[46]、spectrum（譜）、Listeria monocytogenes（單增李斯特菌）、survival（存活）、Enterococcus faecali（糞腸球菌）、peptide（多肽）、resistance（抗性）[47]、biofilm（生物膜）[48-49]、quality（質量）、fermented sausage（發酵香腸）。從中可以發現2002年關鍵詞集中在cloning（克隆）、Class Ⅱa bacteriocin（Ⅱa類細菌素）、sec dependent bacteriocin（sec依賴性細菌素）、pH（酸堿度）、plasmid（質粒）、nucleotide sequence（核苷酸序列）、Gram-positive bacteria（革蘭氏陽性菌）等方面，而近年來resistance（抗性）、biofilm（生物膜）等方向成為研究前沿和熱點。研究發現乳球菌、乳桿菌、片球菌等乳酸菌產生的細菌素能夠以劑量依賴性方式有效抑制常見致病菌如單增李斯特菌、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌和大腸桿菌等的生物膜形成[49-51]，未來有望開發成為具有廣泛應用性的抗生物膜制劑。通過對誘導產生的乳酸菌細菌素抗性菌株進行研究，能夠更加全面地了解細菌素抑菌機理，闡明細菌素的作用機制，為其在食品中的應用提供理論依據，也為后續相關研究提供參考[52]。

表5 2002——2021年間乳酸菌細菌素研究領域排名前20的關鍵詞突現圖

3 結論與展望

以Web of Science核心合集數據庫SCI-E中關于乳酸菌細菌素研究領域2002——2021年2 059篇相關文獻作為數據源，借助CiteSpace可視化軟件和文獻計量在線分析平臺進行計量分析。分析結果表明：

1) 乳酸菌細菌素的發文量穩步提高，具有良好的發展前景和研究熱度，中國在該領域的發文量呈直線上升，2021年達到25篇，位列該研究領域的首位，說明中國在該領域的研究發展迅速。

2) 西班牙以10.30%的占比排名全球總體發文量第1。從發文機構的影響力來看南非斯泰倫博斯大學的總被引用次數最高。從發文機構來看，巴西的圣保羅大學、法國國家農業食品與環境研究院、愛爾蘭的科克大學是發文量排名前3的學術機構。

3) 從發文期刊來看，發文量較大的期刊主要有International Journal of Food Microbiology、Food Control、Journal of Applied Microbiology等，說明乳酸菌細菌素的研究主要圍繞微生物和食品領域。近年來，其他研究方向發文量也逐年增多，跨領域、多方位的合作模式正逐漸形成。核苷酸序列、革蘭氏陽性菌和生物膜是突現強度最高的關鍵詞，乳酸菌細菌素抗性和對致病菌生物膜的抑制等研究是現在關注的熱點。

乳酸菌資源豐富，隨著傳統應用方法的不斷優化和現代生物學技術的高速發展，乳酸菌細菌素應用領域將進一步擴展。從多方位深入解析細菌素的抑菌機理，將會對其在實際生產中的應用起到積極的推動作用。乳酸菌細菌素已經得到許多國家和不同領域研究者的關注，這將會輸入更大的技術和理論支撐，對多領域的深入研究具有重要意義。