基于CiteSpace的蛋白納米纖維文獻可視化分析

周向軍

天水師范學院生物工程與技術學院（天水 741001）

盡管淀粉樣蛋白纖維被證實與阿爾茨海默病密切相關，但最新研究表明：形成淀粉樣蛋白纖維的能力是所有蛋白質的共同特征，與疾病無任何關聯的食源性蛋白質也能夠在分子間作用力以及溫度、pH和離子強度等作用下，經過溫和變性、水解等作用自組裝形成富含交叉β-折疊結構的蛋白納米纖維（protein nanofibers，PNFs）[1]。研究表明，PNFs不僅無細胞毒性作用，而且具有傳遞表觀遺傳信息等高級生物學功能[2]。PNFs具有高比表面積、高疏水性、優異的機械性能和界面特性、抗氧化性、抗菌活性和生物相容性等特點，已逐漸用于抗氧化劑、表面活性劑、增稠劑、質構改良劑、營養組分載體、食品配料、抑菌水凝膠與抗菌納米薄膜等領域[3]。膠原蛋白、彈性蛋白、絲蛋白、大豆蛋白、玉米/小麥/大麥醇溶蛋白、酪蛋白、乳清蛋白等均可作為PNFs生產的主要原材料[4]。Meng等[5]對食品源蛋白纖維的制備條件、功能特性、應用領域和研究趨勢等進行綜述。Herneke等[6]研究pH對綠豆蛋白納米纖維形態、結構、泡沫形成和穩定能力的影響。Zhong等[7]利用靜電紡絲制備微/納尺度的乳清蛋白納米纖維。Aslaner等[8]將葡萄籽提取物和黑麥粉添加至乳清濃縮蛋白納米纖維中，并研究加熱方式對其性能的影響。Aman等[9]利用靜電紡絲法制備乳清分離蛋白-瓜爾膠納米纖維，表明在優化濃度和酸性條件下，瓜爾膠可改善乳清分離蛋白可紡性。

傳統文獻調研主要通過主題詞、關鍵詞等對某領域進行檢索，采用統計分析等手段進行綜述分析，這不僅需要以閱讀大量文獻為前提，且文獻之間的邏輯關系難以清晰地呈現。文獻計量學具有可視化和能處理海量文獻等特征，可為梳理某一領域的研究歷程、研究熱點、研究前沿等作出科學評價[10]。CiteSpace是陳超美（Chaomei Chen）教授基于Java開發的一款科學知識圖譜可視化軟件，能通過呈現科學知識之間的合作網絡、共現、共被引等網絡關系[11]，從而獲得某一研究領域的研究歷程、研究熱點、研究前沿和趨勢等信息。郝毫等[12]對2002—2021年食品多酚領域進行文獻計量分析，認為多酚提取工藝優化、體外消化為該領域的研究熱點。錢文文等[13]利用CiteSpace軟件對血糖生成指數研究領域進行文獻可視化分析，指出未來該領域應注重多學科交流和多維度證據支持。周鈺等[14]研究表明抗過敏食物研究熱點已轉向信號通路和胃、腸道微環境等領域。

隨著PNFs研究內容的不斷深入，該領域發文量持續增加，但目前還未見針對PNFs進行科學、系統梳理和可視化分析的相關報道。基于此，為全面總結和精準識別近年來國內外PNFs領域的演變歷程，以CNKI數據庫和WOS核心合集數據庫為數據源，利用CiteSpace軟件對2005—2022年PNFs領域國內外文獻的發文量、作者、機構、國家、關鍵詞、作者/文獻/期刊共被引等進行可視化分析，梳理和分析該領域的研究現狀、研究熱點、研究前沿和研究趨勢等，旨在為國內PNFs研究的科研學者和研究機構等提供參考。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

中文文獻來自CNKI數據庫中的SCI、EI、CSCD和北大核心期刊，以“蛋白納米纖維”或“蛋白質納米纖維”或“蛋白基納米纖維”為主題詞進行檢索，剔除廣告、會議、新聞報道等非研究性文獻，去重后共獲得有效文獻195條。英文文獻來自Web of Science中的核心合集數據庫，以“protein nanofiber*”或“protein nanofibril*”或“protein isolate nanofibril*”為主題詞進行檢索，文獻類型選擇“Article”和“Review”，語種選擇“English”，去重后共獲得221條記錄。研究時段均選擇2005年1月1日至2022年12月31日。

1.2 研究方法

利用CiteSpace 6.1.R6軟件中的“Author”“Institution”“Country”對作者、機構和國家進行分析；利用“Keyword”對研究熱點、研究前沿等進行分析；利用“Reference”“Cited Author”“Cited Journal”對文獻共被引、作者共被引和期刊共被引進行分析。“Selection Criteria”選擇“Top N=50，時間切片設置為1年，其他參數選擇默認值。

根據普賴斯定律確定核心作者[15]，如式（1）所示。

式中：Npmax為發文量最多作者的文章數量；Mp為核心作者的最低發文量。

根據齊普夫第二定律推導詞頻臨界值[16]，如式（2）所示。

式中：T為高/低頻詞的分界頻次；I1為頻次為1的關鍵詞數量。

2 結果與分析

2.1 發文量分析

2005—2022年PNFs研究的年發文量見圖1。WOS數據庫中PNFs研究可分為3個階段：萌芽期（2005—2010年）、中速增長期（2010—2016年）和快速增長期（2016—2022年）。在萌芽期，各年份之間PNFs發文量的差異性較小；在中速增長期，PNFs發文量雖有所增加，但整體發文量仍明顯較低；在快速增長期，PNFs發文量增幅較為明顯，表明近年來該領域的受關注度持續增加，同時也提示該階段可能有經典文獻發表。在2017年前，CNKI數據庫中PNFs年發文量幾乎均略高于WOS數據庫，但2017年后，后者PNFs年發文量超過前者且出現明顯波動。

圖1 2005—2022年PNFs研究發文量

2.2 作者合作網絡

根據普賴斯公式，WOS數據庫中發文量不少于3篇的作者為核心作者（73位）。作者合作網絡見圖2（頻次＞5次）。網絡節點數923，連接線3 033，密度0.007 1。發文量前10位作者見表1。LENDEL C，Solin N[17]學術群體，研究PNFs在可持續材料中的應用；Lendel等[18-19]研究基于可持續性食品PNFs的表征；Knowles等[20]研究蛋白質分子自組裝以及生物材料在生命系統中的自組裝行為；FENG Zhibiao（馮志彪）、LIU Chunhong（劉春紅）和JIANG Bin（姜彬）等[21-22]，研究PNFs可食用涂層的抗氧化作用、酶法制備PNFs的乳化性能；MAO Chuanbin（毛傳斌）、WEI Zihao（魏子淏）等在PNFs領域也具有重要影響力。

表1 發文量前10位作者

圖2 WOS數據庫中作者合作網絡

CNKI數據庫中作者合作網絡圖譜見圖3。網絡節點數686，連接線1 680，密度0.007 2。CNKI數據庫中發文量前10位作者見表1。根據普賴斯公式，發文量不少于3篇的作者為該領域的核心作者（23位）。PNFs研究形成以魏取福、尹國強、左保齊、莫秀梅、徐紅華為核心的研究群體。

圖3 CNKI中作者合作網絡

2.3 機構合作網絡

機構合作網絡分析見表2。WOS數據庫發文量前5位機構為Northeast Agricultural University，University of Cambridge，Link?ping University，KTH Royal Institute of Technology和Harvard University。CNKI數據庫發文量前5位機構為蘇州大學、浙江理工大學、東華大學、江南大學和東北農業大學。

表2 發文量前10位研究機構

2.4 國家合作網絡

國家合作網絡見圖4。網絡節點數39，連接線96，密度0.129 6。中國與美國、德國、英國和英國等國家合作較為緊密。前10位國家的發文量和中心性見表3。前3位國家是中國（62篇）、美國（62篇）和瑞典（27篇）。中國和美國在PNFs研究領域發文量最多，但我國開展研究的時間較晚。中心性＞0.1的節點為關鍵節點[23]，故中國（0.47）、美國（0.31）、德國（0.30）、英國（0.28）、新西蘭（0.12）和印度（0.10）為關鍵節點。結合發文量和中心性綜合考慮，可認為中國和美國對PNFs在PNFs領域具有重要的影響力和學術地位。

表3 WOS中國家合作網絡統計表

圖4 國家合作網絡

2.5 來源期刊分析

發文量前5位期刊見表4。WOS數據庫中ACS NANO以發文量12篇排名第1，表明其在PNFs領域的權威性和引領作用，排名第2和第3位期刊分別為Food Hydrocolloids和Biomacromolecules。CNKI數據庫中《紡織學報》以發文量18篇排名第1，其后為《絲綢》（13篇）、《食品工業科技》（11篇）、《化工新型材料》（10篇）和《功能材料》（10篇）。

表4 PNFs發文量前5位期刊

2.6 研究熱點、研究前沿和研究趨勢分析

2.6.1 研究熱點

根據式（2）計算可知，關鍵詞頻次大于41次為高頻關鍵詞。WOS數據庫中關鍵詞共現圖譜見圖5。網絡節點數1 132個，連線5 312條，密度0.008 3。前5位PNFs關鍵詞共現統計見表5。頻次最高的關鍵詞為“amyloid fibril”（85次），其次為“protein nanofibril”（53次）和“aggregation”（36次）。中心性較大的關鍵詞分別為“aqueous solution”（0.19），“biomaterial”（0.16），“scaffold”（0.12），“binding”（0.12），“chitosan”（0.10）和“degradation”（0.10）。關鍵詞聚類后Q=0.766 2＞0.3，S=0.898 8＞0.7，表明聚類結構顯著且合理，可信度高[24]。前5個聚類關鍵詞為“ovotransferrin nanofibril”“deep eutectic solvents”“fibril formation”“tissue engineering”“fibrillation conditions，歸納后形成PNFs的研究熱點，即低共熔溶劑法制備PNFs的形成條件和組織工程。

表5 前5位PNFs關鍵詞共現統計表

表6 前10位高被引作者統計表

圖5 WOS數據庫中關鍵詞共現網絡

根據式（2），頻次大于20次為高頻關鍵詞（圖6）。網絡節點數276個，連線785條，密度0.020 7。由表5可以看出，頻次最高關鍵詞為“靜電紡絲”（90次），其次為“納米纖維”（71次）和“絲素蛋白”（46次）。中心性較大的關鍵詞分別為納米纖維、靜電紡絲、絲素蛋白等。Q=0.573 2＞0.3，S=0.863 7＞0.7，前5個聚類詞分別為靜電紡絲、納米纖維、絲素蛋白、膠原蛋白、力學性質，可認為靜電紡絲、納米纖維和絲素蛋白是CNKI數據庫中PNFs的研究熱點。

圖6 CNKI數據庫中關鍵詞共現

2.6.2 研究前沿

關鍵詞突現結果分別見圖7和圖8。2010年以前，WOS數據庫的突顯詞為“dynamics”，其后為“nanowire”“fibril formation”“optimization”“mechanism”“atomic force microscopy”“cold gelation”。2018年以來，突顯詞分別為“stability”“antioxidant activity”“silk fibroin”，且“silk fibroin”延續至2022年。

圖7 WOS數據庫中10位PNFs關鍵詞突現

圖8 CNKI數據庫中前10位PNFs關鍵詞突現

2010年以前，CNKI數據庫中突現關鍵詞為絲素、殼聚糖和藥物載體等，隨后“膠原”“交聯及其改性”“靜電紡”“藥物緩釋”逐漸成為突現關鍵詞，而“藥物緩釋”則從2020年突現2022年，表明PNFs的藥物緩釋作用為研究前沿。

2.7 作者高被引分析

KNOWLES T P J為排名第1的高被引作者，被引頻次為60次。排名第2和第3的高被引作者分別為CHITI F和LOVEDAY S M，被引頻次分別為49次和47次。中國科學院青島生物能源與過程研究所李朝旭研究員被引頻次達35次，也是PNFs研究領域的主要貢獻者。MOHAMMADIAN M的首次被引年份較近（2018年），表明其在PNFs領域具有引領性和代表性。

2.8 文獻高被引分析

前10位高被引文獻見表7。KNOWLES T P J于2016年發表的Amyloid fibrils as building blocks for natural and artificial functional materials，被引次數達30次。該文獻主要綜述功能性淀粉樣蛋白的特征、自組裝過程，并重點闡述中等尺度結構PNFs與其功能之間的聯系，以及功能性淀粉樣蛋白的潛在應用[25]。前10位高被引文獻均發表在2016年以后，表明該階段有大量經典文獻形成，該結果與2.1小節中“快速增長期可能有經典文獻發表”的相一致。

表7 前10位高被引文獻

前10位高突現文獻見表8。首位高突現文獻為CHERNY I于2008年發表的Amyloids：not only patho-logical agents but also ordered nanomaterials，影響年份2010—2013年。前10位高突現文獻中有4位中國學者：李朝旭、馮志彪、操義平、魏子淏，表明中國科研人員是未來PNFs研究的重要力量。綜合表7和表8可以看出，有多篇文獻既是前10位高突現文獻，也同時是前10位高被引文獻，表明其對未來研究的指引作用。

表8 前10位高突現文獻

2.9 期刊高被引分析

前10位高被引期刊見表9。Biomacromolecules高被引頻次達135次，排名第1位。排名第2和第3的高被引期刊分別是PNAS（112次）和Science（111次）。高被引期刊幾乎屬于綜合、交叉領域期刊，無針對食品科學領域期刊，表明PNFs研究還未形成特色期刊。

表9 前10位高被引期刊統計表

3 結論

以WOS核心數據庫和CNKI數據庫為數據來源，通過CiteSpace軟件對PNFs領域的相關文獻進行統計和可視化分析。

國內外PNFs研究發文量呈波動趨勢。國際上PNFs研究發文量最多的研究機構為東北農業大學，國內則為蘇州大學。中國是發文量最高的國家，中國、美國在PNFs研究領域具有重要的學術地位和影響力。

國內外發文量最高作者分別為SOLIN N和魏取福，研究群體內部合作密切，群體間合作較少。PNFs研究熱點為低共熔溶劑法制備蛋白納米纖維的形成條件和組織工程，研究前沿為絲素蛋白源蛋白納米纖維。

KNOWLES T P J為蛋白納米纖維研究的高被引作者，（KNOWLES T P J，2016）為高被引文獻，Biomacromolecules為高被引期刊。