














摘 要:超聲波作為一種綠色加工技術日趨受到關注。為進一步了解超聲波技術在肉品領域中的應用,采用文獻計量法,以Web of Science(WOS)核心合集SCI-E數據庫為文獻來源,以Citespace和HistCite為分析軟件,以“Ultrasound”或“Ultrasonic”和“Meat”為主題檢索詞,以收集到的2009—2023年WOS中的3 624 篇文獻為研究對象,基于文獻計量學分析對發文量、發文作者、國家、機構及期刊進行科技文本挖掘,并通過關鍵詞聚類圖譜和突現圖譜等進行數據可視化分析,總結超聲波技術在肉品領域研究的內容演變和發展趨勢。結果表明:超聲波技術在肉品領域的研究受到越來越多關注,總發文量呈上升趨勢,且刊載量大的期刊多為肉品領域的頂級期刊,我國發文量為1 650 篇,位居全球第1,占總發文量的45.53%,除此之外,美國、西班牙、伊朗等國家均表現出較大的研究體量;不同區域的作者、研究機構及國家之間密切合作,已經形成以我國為核心的學術團體;研究內容主要是超聲波技術在食品的功能特性、食品中生物活性物質提取和微生物滅活中的應用,未來趨向于研究超聲輔助提取、肌原纖維蛋白和抑菌活性。研究結果表明,超聲波技術在肉品研究領域中仍處于活躍發展階段,并具有良好的研究前景。
關鍵詞:超聲波;Citespace;HistCite;文獻計量學;可視化分析
Research Progress on the Application of Ultrasonic in the Meat Field Based on Bibliometric Analysis
LIU Jiali, HE Yuchun, YU Qiuyu, YUE Ziyan, ZHU Yingchun*, WANG Tengfei*
(College of Food Science and Engineering, Shanxi Agricultural University, Jinzhong 030800, China)
Abstract: Ultrasound, as a green processing technology, is garnering more and more attention. In order to further understand the application of ultrasound in the meat field, bibliometric analysis using Citespace and HistCite was performed on 3 624 pieces of literature pertaining to “Ultrasound” or “Ultrasonic” and “Meat” retrieved from the Web of Science (WOS) Core Collection database from 2009 to 2023. Text mining was performed for the number of articles, authors, countries, institutions and journals, and data visualization and analysis through keyword clustering and burst term maps were conducted in order to summarize the evolution and trend of meat research. The results showed that ultrasonic has attracted growing interest among meat researchers, and the total number of published articles is on the rise, and the journals with large publication volume are mostly the top ones in the meat field, and the number of articles published by China is 1 650, which ranks first in the world, accounting for 45.53% of the total number of articles. Additionally, the US, Spain, Iran and other countries have published a large number of research articles in this field. There has been close between authors and research institutions in different regions and between countries, and academic teams with China as the core have been formed. The research mainly focuses on the application of ultrasonic in research on the functional properties of food, the extraction of bioactive substances from food and the inactivation of microorganisms in food, and future trends include ultrasound-assisted extraction, myofibrillar proteins and bacteriostatic activity. The results of the study show that ultrasonic in meat research is still in its active development stage and has good research prospects.
Keywords: ultrasonic; Citespace; HistCite; bibliometrics; visual analysis
DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20240318-055
中圖分類號:TS251.1" " " " " " " " " " " " " " " " " " " "文獻標志碼:A 文章編號:1001-8123(2024)04-0062-08
引文格式:
劉佳利, 和郁春, 余秋雨, 等. 基于文獻計量學分析超聲波技術在肉品領域中的應用研究進展[J]. 肉類研究, 2024, 38(4): 62-69. DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20240318-055." " http://www.rlyj.net.cn
LIU Jiali, HE Yuchun, YU Qiuyu, et al. Research progress on the application of ultrasonic in the meat field based on bibliometric analysis[J]. Meat Research, 2024, 38(4): 62-69. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20240318-055." " http://www.rlyj.net.cn
超聲波是近年來在食品工業中興起的一種快速、多用途的綠色無損技術,旨在減少加工,提高質量,保障食品安全[1]。超聲波是頻率超過20 000 Hz的聲波,是以縱波形式在介質中傳遞的機械振動,其穿透性和方向性較強,因此在水中前進的距離較長。通常,強度小于1 W/cm2而頻率大于1 MHz被稱為低強度高頻率超聲波;強度在10~1 000 W/cm2范圍內而頻率在20~100 kHz范圍內則被稱為高強度低頻率超聲波[2]。超聲波的作用機制主要有3 種,即機械效應、空化效應與熱效應[3]。超聲波最基本的原發效應為機械效應,其來源有2 種,第1種是行波場中的機械效應,是指超聲波在傳播介質中前進時產生的機械效應;第2種是駐波場中的機械效應,是指超聲波在傳播介質中由反射產生的機械效應。超聲波的空化效應是指超聲波在液體中傳播時造成空化泡的震動,當壓力到達一定值時,空化泡開始生長、變大、逐漸到崩潰的動力學過程。超聲波空化效應的強弱與超聲波的強度、頻率有關。熱效應是指超聲波在傳播介質內傳播過程中不斷發生空化作用釋放熱能,還有部分聲能在傳播過程中不斷被傳播介質吸收,使局部溫度上升的一種現象[4]。
超聲波技術作為綠色加工技術日益受到科技工作者和食品企業的重視,被廣泛應用于活性物質的分離提取、滅菌、嫩化及產品檢測等方面。超聲波用于提取活性物質主要依賴空化效應。空化效應帶來質子的高速運動、局部區域壓力的瞬時增大、溫度的上升等,均可提升組織內目標活性分子的運動速度、加快擴散效率,從而實現活性成分的有效提取[5]。壓力的變化還可以對細胞膜和細胞壁造成破壞,細胞質內的目標活性物質外流,進而提升提取率。與傳統的提取方法如煎煮法、浸漬法等相比,超聲波提取法具有用時短、浸出快、提取率高等優點[6]。將超聲波應用于微生物滅活時,主要依靠空化效應帶來的瞬時高溫高壓,可以破壞微生物的細胞結構[7],使微生物喪失生理功能和生物活性,達到滅菌的目的,延長食品的貯藏期[8]。超聲波滅菌不僅不會改變食品的風味、質地、顏色、味道和營養成分等,而且可以延長食品保質期,擴大銷售范圍[9]。超聲波可以改善肉品的嫩度[10],這是因為超聲波能夠提高蛋白酶活性,破壞肉中肌原纖維結構、導致肌原纖維小片化,使肌肉組織松散。超聲波還可以提高嫩化劑的滲透效率,強化嫩化效果。在食品安全領域,超聲波也被用于檢測食品的結構和含量[11],和其他檢測技術相比,超聲波可極大簡化檢測程序,降低操作成本和操作難度,提高檢測效率和檢測精確度[12]。
文獻計量學是情報學的一個分支,由科學計量學與計量書目學2 個分支合并發展而來,是對文獻進行定量分析研究的科學,常用于評估一個國家或某個機構的科研產出和影響力,以及評估某一學科科研活動的現狀[13]。進入21世紀以來,文獻計量學被廣泛應用于多學科領域論文統計、發展態勢分析、期刊或研究機構影響力評價等,包括農業科學、地球科學、遙感科學、生物科學和大氣科學等[14-17]。文獻計量學在農業科學領域的應用也越來越廣。
為梳理和分析近年來超聲波技術在食品領域中的發展態勢和研究熱點,本研究基于Citespace軟件和HistCite文獻計量分析平臺,以Web of Science(WOS)核心合集(SCI-E)數據庫作為文獻來源,以“超聲波”為主題檢索詞,將收集到的2002—2022年WOS中的7 208 篇文獻分別就發文量、發文作者、國家、機構及期刊進行科技文本挖掘,并通過關鍵詞聚類圖譜、時間線圖譜和突現圖譜等進行數據可視化分析,總結超聲波技術在食品領域的發展脈絡,以期為超聲波技術在食品領域的應用提供新的思路并對未來的研究趨勢做出預測。
1 數據來源與研究方法
1.1 數據來源
本研究以WOS核心合集(SCI-E)數據庫作為文獻來源,設定“Ultrasound”或“Ultrasonic”和“Meat”為主題詞,“Food Science Technology”為檢索類別,“Article”和“Review Article”為文獻類型,“English”為選擇語種。時間跨度為2009—2023年,該領域最早發文于2009年,2009年之后年發文量逐漸增加,所以對近15 年的文獻進行分析,設定檢索時間為2009年1月1日—2023年12月31日。利用Citespace軟件對檢索結果進行去重和整理,并刪除不相關條目,最終獲得3 624 篇文獻,將篩選出的文獻以“純文本文件”格式下載保存,作為分析數據樣本。
1.2 研究工具
本研究以Citespace和HistCite軟件作為主要研究工具。Citespace 6.3.R1是美國雷德塞爾大學陳超美博士應用Java語言開發的一款科學文獻分析軟件[18-19]。主要基于共引分析理論和尋徑網絡算法對某一領域文獻進行計量及可視化分析,探尋科學領域演化的關鍵路徑及知識轉折點,反映研究文獻的引文歷史、主題演變趨勢與熱點之間的內在聯系[20-24]。
HistCite軟件的主要評估指標為“本地引用次數(local citation score,LCS)”和“總引用頻次(global citation score,GCS)”。LCS表示在當前數據集中被引用的次數,GCS表示被整個WOS數據庫中所有文獻引用的次數。LCS和GCS又衍生出另外2 個指標“數據集內文獻的本地引用次數總和(total LCS,TLCS)”和“數據集內文獻的總引用頻次之和(total GCS,TGCS)”。TLCS排名越靠前,說明該數據集在該研究領域的影響力越大[25];TGCS排名越靠前,說明該數據集在全球的影響力越大。Histcite根據LCS和GCS定位相應研究領域內的重要文獻,展示該領域的發展脈絡,并根據TLCS和TGCS識別研究成果國際影響力較高的國家、機構和期刊。
1.3 數據處理
本研究設置時間跨度為2009—2023年,Time slice為1 年,閾值設置為Top 50 perslice,其余均為默認。在Citespace軟件中選擇國家、機構、作者、關鍵詞等節點繪制網絡圖譜,并對其進行可視化分析。其中,國家合作網絡圖利用文獻計量分析平臺(https://bibliometric.com)分析與繪制,文獻發文量變化趨勢圖利用Origin 2021軟件繪制。
2 結果與分析
2.1 文獻發文量和被引頻次分析
年度發文量反映檢索主題詞在專業領域發展的縮影,被引頻次是衡量文章影響力的關鍵指標。年度發文量和被引頻次能在一定程度上反映出該技術的研究受重視程度和發展速度[26]。由圖1可知,近15 年(2009—2023年)超聲波技術在肉品領域的發文量共計3 624 篇,總被引頻次85 935 次,二者總體均呈逐年上升趨勢,表明超聲波技術在肉品領域關注度越來越高。
根據年度發文量可將超聲波技術在肉品領域的發展分為2 個階段:2016年之前發展較為緩慢,年發文量不超過200 篇,說明研究超聲波的技術人員較少,關注度不高;2017年之后處于快速發展階段,特別是2021年之后,年度發文量急劇增加,在2022年達到峰值496 篇,雖然在2023年發文量有一定程度的下降,但仍有493 篇。
被引頻次的變化與年度發文量類似,2009—2016年與超聲波相關的論文被引頻次不足3 000 篇,說明這一階段超聲波技術在食品領域的相關研究尚未受到重視。從2016年開始,論文被引頻次呈現快速增長趨勢,特別是在2023年被引頻次達到18 290 次,表明超聲波技術在肉品領域的研究與應用成為熱點。隨著國內外對綠色食品加工技術的逐漸重視,推測未來相關文章和被引頻次會繼續增多,成為綠色食品加工技術中的熱點研究領域。
2.2 高被引文獻分析
LCS值越大表示文章被引次數越多。由表1可知,排名前10的高被引文獻中前2 位為綜述類文章,LCS值最高的文章是發表于2010年的有關超聲波在食品的技術特性和生物活性方面的最新和最近應用。除簡要討論超聲技術的基本原理外,還列舉了一些實例,例如在改善食品特性(如乳化能力、溶解度和質地)以及在提取、干燥、結晶和消泡等物理特性方面的應用[27]。LCS值排名第2的文章是2012年發表的關于超聲波在食品分析、加工和質量控制中應用的綜述,重點介紹了低功率和高功率超聲波的基本原理,并介紹其方法和應用,包括重要的研究成果,綜述了低倍和高倍超聲波在食品科學與技術中的主要應用[28],LCS值排名第2~10位的文章主要聚焦于超聲波技術在蛋白方面的應用。
2009—2023年肉品領域超聲波技術研究中排名前20 位的高被引文獻如表2所示。
圖2是2009—2023年肉品領域研究超聲波技術中排名前20 位的高被引文獻的引文網絡。左邊是時間關系,圖中每1 個節點代表1 篇文章,節點大小表示文章的被引次數。《Application of an ultrasonic assisted curing technique for improving the diffusion of sodium chloride in porcine meat》是高被引文獻中發表時間最早的文章。該研究表明,超聲波處理和翻滾均導致肉組織發生有利的微觀結構變化,與翻滾和靜態鹽水處理樣品相比,超聲波處理提高了持水能力和質地特性[29]。引文網絡中最新的1 篇高被引文獻《Changes in calpain activity, protein degradation and microstructure of beef M. semimembranosus by the application of ultrasound》發表于2018年,研究了綠色食品加工技術在肉制品方面的應用[30]。
2.3 發文國家分析
對發文國家的分析可以體現超聲波技術應用在這些國家中的科研力量分布、儲備及其合作關系[31-32]。由表3可知,我國發文量最高,以1 650 篇位居第1,占總發文量的45.53%,其次依次為伊朗(244 篇)、西班牙(216 篇)和美國(205 篇)分列第2、3、4位。值得一提的是,我國發文量占全球總發文量的1/3以上,超過伊朗、西班牙和美國3 國的總和(665 篇)。
2009—2023年期間,超聲波技術在我國發展迅速,自2009年起就是年發文量最多的國家,之后發文量持續上升并保持領先地位至今。中介中心性由CiteSpace的最短路徑算法得出。中介中心性指1 個節點擔任其他2 個節點之間最短橋梁的次數,利用科學知識圖譜的結構洞理論,節點的中介中心性越大,其影響力就越大[33]。中介中心性和發文數量之間存在一定差異,我國的中介中心性為0.29,為最高值,表明我國在該領域具有較大的影響力。影響力較大的國家還有西班牙、美國、澳大利亞、加拿大和愛爾蘭。
圖3為超聲波技術在肉品領域研究的國家合作網絡圖,該圖譜共納入國家及地區97 個。由圖3可知,基于超聲波技術在肉品領域的研究,國家間合作較為頻繁,已經形成了一張以主力國為中心、其他國家為節點的國際交流合作網,特別是我國和美國之間合作密切。
2.4 發文機構分析
由表4可知,發文量最多的機構是我國的江蘇大學,發文136 篇,位居第1。其次分別為江南大學(116 篇,中國)、南京農業大學(74 篇,中國)和伊斯蘭阿扎德大學(62 篇,伊朗)。排名前10的機構中,我國的機構占8 所。中介中心性可以表示該機構的影響力,當中介中心性≥0.1時,該機構具有較大的影響力。江蘇大學、江南大學、南京農業大學、浙江大學和中國科學院中心性均大于0.1,高于其他機構。
如圖4所示,圖中節點越大,表明該機構的發文量越大,與表3相對應,江蘇大學和江南大學的節點顯著大于其他研究機構。江蘇大學和南京農業大學節點外圈顯示為紫色,表明這2 所機構的中介中心性≥0.1。節點之間的連線代表機構之間的聯系,連線越粗,說明研究機構在同一篇文獻中出現的頻率越高,它們之間的合作關系越密切。
2.5 發文作者分析
由表5可知,發文量最多的是江蘇大學的馬海樂教授,發文80 篇,位居第1,其次是江南大學張慜教授(41 篇)。發文量排名前10的作者中,來自我國的有5 位,由此可知,在肉品領域我國學者對超聲波技術頗為關注。
由圖5可知,在眾多研究學者中,形成了以馬海樂、周存山為代表的合作群體。其中,江蘇大學馬海樂教授和周存山教授的合作關系密切。馬海樂教授進行食品物理加工的理論研究與技術開發,將聲、光、磁等現代物理技術應用于食品生物制造(酶解、發酵、提取等)和農產品初加工(殺菌、干燥、保鮮等)[34]。周存山教授主要從事果蔬加工及糖類副產物資源化利用研究。2 位學者
密切合作,將超聲波技術應用于各自的研究領域中;其次,各個研究學者之間又形成了小的學術團體,他們將超聲波技術作為食品綠色加工技術開展研究。
2.6 發文期刊分析
對相關發文期刊進行統計,由表6可知,Food Chemistry發文量344 篇,位居第1。TLCS表示出版物記錄在本地數據庫中的總被引頻次,Journal of Food Engineering的TLCS位列第1,這表明該期刊在相關領域研究中占有重要地位。平均本地總被引頻次(average-total local citation score,AVG-TLCS)表示每條出版物記錄在本地數據庫中的平均被引頻次。Journal of Food Engineering的AVG-TLCS最高,說明該期刊發表的文章平均影響程度較高。
對相關發文期刊進行統計,有利于發現該領域的主要研究方向[35]。期刊的雙圖疊加結果顯示了該主題所涉及的學科之間的交叉、知識流動和融合。圖中的每1 個點代表1 本期刊,圖分為2 部分,左邊是施引領域,右邊是被引領域,施引領域通過引用路徑(中間的連線)指向被引領域。圖中圓圈的大小代表期刊的重要程度,圓圈越大則越重要。如圖6所示,根據圓圈大小可知,有關超聲波技術在肉品領域研究的施引領域和被引領域里,重要的發文期刊都來自于Food Chemistry。施引領域中的獸醫、動物、科學領域的出版物明顯受到被引領域中化學、材料、物理領域,環境、毒理學、營養學領域和分子、生物學、遺傳學領域出版物的影響。這些鏈接軌跡提供了對該領域跨學科關系的理解。
2.7 研究熱點分析
關鍵詞是一篇文章核心內容的提煉和概括[36],體現了文章所表達的主要內容[37],經常被用于分析某領域的研究熱點[38]。由圖7可知,重要的關鍵詞有超聲波功率、抗氧化活性、大腸桿菌(Escherichia coli)、超聲波輔助提取、功能特性、流變特性、動力學和穩定性等。
關鍵詞聚類是以領域特征明顯的詞和短語作為聚類對象,在大規模數據庫中,利用獨創的潛在語義分析算法進行詞語的領域聚類。經過聚類分析計算,聚類模塊值(Q=0.441 4)>0.3意味著聚類結構顯著,聚類平均輪廓值(S=0.714 3)>0.7表示聚類內部同質性好,聚類結果可信[39]。各聚類相互遮蔽重疊,提示不同的聚類間雖有差異但關聯緊密,圍繞主題進行不同角度的研究。由圖8可知,按算法共生成13 個聚類,篩選主要的聚類進行分析,得到關鍵詞聚類圖譜,其中13 個聚類分別為#0抗氧化活性、#1肌原纖維蛋白、#2超聲處理、#3固相萃取、#4失活、#5響應面、#6超聲波輔助提取、#7大腸桿菌、#8水、#9液相色譜、#10蛋白氧化、#11肉品質和#12酚類化合物。聚類之間相互重疊,表示彼此之間聯系密切,超聲波輔助提取、抗氧化活性和酚類化合物之間相互關聯,固相萃取和液相色譜法作為主要的檢測方法,在肉制品中有較為重要的作用,肌原纖維蛋白、蛋白氧化和肉品質等聚類,說明超聲技術在以肌原纖維蛋白為基礎的肉類研究中得以應用。
關鍵詞的突然出現往往代表了新的研究熱點,紅色代表關鍵詞突現的年份和持續時間,綠色表示平常年份[40]。根據關鍵詞突現可以直觀地看出超聲波在肉品領域研究熱點的變化。由表7可知,不同年份研究者所關注的研究熱點不同。2009—2013年李斯特菌、大腸桿菌和超聲功率這些關鍵詞出現較多,氣相色譜、液相色譜和固相萃取在2010—2018年出現頻率較高,2018—2022年時,副產品、超聲輔助提取、肌原纖維蛋白和抑菌活性更加引起人們的關注,可以看出近年來超聲波技術研究偏向作為一種綠色的食品加工技術,還有對肉品中肌原纖維蛋白的影響,同時超聲波也是一種有效的輔助滅菌方法。
3 結 語
基于WOS核心合集(SCI-E)數據庫,利用Citespace和HistCite分析軟件,通過科學知識圖譜對肉品研究領域獲得的3 624 篇與超聲波技術相關的文章進行分析,得出如下結論:近15 年,超聲波技術在肉品研究領域受到越來越多關注,成為肉品研究領域的一大熱點。我國在該領域的科研實力逐步增加,已經成為該領域的重要力量。江蘇大學和江南大學在該領域研究中貢獻突出,各個研究機構之間已經形成合作團體,但研究機構之間還需要更廣泛的合作。從關鍵詞的分析來看,食品的功能特性和抗氧化活性一直受到關注,并且超聲輔助提取、肌原纖維蛋白和抑菌活性成為該領域最新的研究熱點。綜上所述,超聲波技術在肉品研究領域中有廣泛的應用,但還有較大研究空間,需結合最新的研究設備進行更深入的研究。
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