基于文獻計量的食品組學研究發(fā)展態(tài)勢分析

鄭床木，王 琳，陳天金，解 沛

(1 中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)質量標準與檢測技術研究所，北京 100081； 2 中國農(nóng)業(yè)科學院科技管理局，北京 100081； 3 中國農(nóng)業(yè)科學院國際合作局，北京 100081)

食品組學的概念最早于2007年開始出現(xiàn)[1-2]，西班牙高等科學研究理事會Cifuentes Alejandro教授將其定義為利用現(xiàn)代組學技術開展食品質量安全與營養(yǎng)研究的學科[3]，其目的是保障食品安全，明確營養(yǎng)與健康關系，提升消費者信心。目前，食品組學研究論文發(fā)表數(shù)量逐年增加，已成為食品科學研究的前沿和熱點?；谖墨I計量分析，對學科開展現(xiàn)狀評價，揭示研究熱點和發(fā)展態(tài)勢，已廣泛應用于多個學科[4-5]。為此，擬選取Web of Science收錄文獻，對國內外食品組學研究進行文獻計量分析，探究其發(fā)展現(xiàn)狀和態(tài)勢，以期為食品組學及食品科學未來的研究提供科學依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與統(tǒng)計方法

在SCIE數(shù)據(jù)庫中，利用主題詞foodomic*檢索2007年以來發(fā)表文獻，文獻類型包括研究論文、研究綜述、會議論文及社論材料，數(shù)據(jù)采集時間為2017年6月20日。以這些文獻作為數(shù)據(jù)集，利用Web of Science統(tǒng)計功能，對食品組學研究發(fā)文量年度趨勢、主要國家和機構以及來源刊物等進行分析。同時，在閱讀相關文獻基礎上，簡要介紹食品組學主要研究內容及分析方法。

2 結果與分析

2.1 文獻年度變化趨勢

2009—2017年，SCIE數(shù)據(jù)庫共收錄食品組學文獻117篇(附圖)，整體呈現(xiàn)緩慢上升趨勢，第一篇收錄論文發(fā)表于2009年，至2011年三年論文數(shù)量均較少，這也是剛開始提出食品組學概念的時期。自2009年起，意大利博洛尼亞大學每兩年一屆，召開食品組學國際研討會。隨著食品組學研究不斷拓展和深入，《Electrophoresis》于2012年出版了一期?？?，全面介紹了食品組學研究內容及分析方法。2013年，捷克化工大學、荷蘭瓦赫寧根大學和國際環(huán)境分析化學協(xié)會聯(lián)合舉辦的第六屆國際食品分析進展大會以及江南大學舉辦的第十屆國際食品科學與技術交流大會均將食品組學列入專題之一。

附圖 2009—2017年食品組學研究發(fā)表文獻數(shù)量

食品組學論文數(shù)量開始出現(xiàn)攀升，2012—2015年，年均文獻達15篇以上，2016年達到最多的39篇?？梢钥闯?，當前食品組學論文數(shù)量仍遠遠低于食品化學、食品加工與儲藏等食品科學其他分支，說明食品組學概念提出較新穎，屬于新興研究，在食品科學領域還沒有達到廣泛接受和普遍重視的程度。

2.2 研究力量分布

2009—2017年食品組學研究文獻來源國家/地區(qū)共有36個，發(fā)文量排名前6的國家/地區(qū)中，西班牙和意大利高居榜首，占論文總數(shù)的61.5%；美國、巴西、中國大陸和日本處于同一位置。從篇均被引頻次看，其他國家/地區(qū)遠遠落后于西班牙，最高的意大利僅為其42.7%(表1)?？梢姡鳛槭称方M學概念的首倡者，西班牙論文整體質量最好。

表1 食品組學主要發(fā)文國家/地區(qū)

食品組學主要研究機構發(fā)文量排名前6的研究機構中，有3家來自西班牙、3家來自意大利、1家來自中國。西班牙高等科學研究理事會發(fā)文數(shù)量排名第一，占論文總數(shù)的28.2%；高等科學研究理事會及米格爾·埃爾南德斯大學等2家西班牙研究機構文獻篇均被引頻次不相上下，均遙遙領先其他機構(表2)。

在發(fā)文量排名前6的作者中，有5位來自西班牙高等科學研究理事會，僅有1位來自意大利博諾尼亞大學，發(fā)文量最多的作者是西班牙高等科學研究理事會食品科學研究所食品組學實驗室的Cifuentes Alejandro教授，且2～5位全部來自同一個研究機構(表3)。

表2 食品組學主要發(fā)文研究機構

2.3 來源刊物分析

共有37種期刊刊載了食品組學相關文獻，發(fā)文量排名前6的期刊共刊載論文72篇，占總數(shù)的61.5%。其中，來自荷蘭的有3本期刊，刊載論文27篇，占總數(shù)的23.1%；來自美國的有3本期刊，刊載論文32篇，占總數(shù)的27.3%；來自英國的有1本期刊，刊載論文13篇，占總數(shù)的11.1%(表4)?？梢娛称方M學研究論文主要發(fā)表在美國、荷蘭和英國期刊上。從期刊分類看，食品組學在化學分析、生物化學研究方法、食品科學與技術等3個領域發(fā)文量較多，說明食品組學屬于交叉學科。

表3 食品組學主要發(fā)文研究作者

表4 食品組學文獻主要刊載期刊

3 食品組學重點研究方向

3.1 食品質量與安全研究

由于傳統(tǒng)的靶向分析難以檢測目標分析物以外的潛在污染物，基于質譜分析的代謝組學技術靈敏度高，能夠發(fā)現(xiàn)未知化合物并進行結構解析，易于與氣相色譜、液相色譜等高效分離技術偶聯(lián)，對食品進行準確的分析鑒定，為食品組成成分、食品貯藏加工過程中組分生理變化、食品中污染物非靶向分析提供了可行方法，可廣泛應用于食品鑒別與溯源、食品生產(chǎn)過程控制及轉基因食品評價等。如Tengstrand[6]利用超高效液相色譜飛行時間質譜，分析了含有不同污染物的果汁代謝指紋圖譜，鑒定了異常化合物峰，建立了一種鑒定果汁中潛在未知污染物方法。Clementine[7]利用高效液相色譜質譜結合指紋圖譜解析，研究了不同發(fā)酵時間奶酪組成成分變化情況，共發(fā)現(xiàn)45種不同代謝產(chǎn)物，為不同熟化程度及不同風味奶酪評價提供了表征指標。Cifuentes[8]基于食品組學技術，分析了轉基因大豆與傳統(tǒng)大豆中150多種蛋白水解肽段的蛋白質譜，發(fā)現(xiàn)沒有明顯差異，為從蛋白質組水平分析轉基因食品安全性提供了一種新型評價方法。

3.2 食品營養(yǎng)與人體健康

基于食品組學，可以分析不同食品對人體基因組、轉錄組、蛋白質組及代謝組影響，從分子水平上研究食品營養(yǎng)機制，建立基因-飲食-健康之間的關系，對于設計合理膳食、開發(fā)功能食品、調節(jié)機體狀態(tài)、預防慢性疾病等具有重要意義[9]。如Valdes[10]基于食品組學，將迭迭香提取物作用于兩種不同結腸癌細胞，從分子水平上分析了轉錄組、蛋白組和代謝組變化情況，鑒定了與迭迭香抗氧化、促凋亡和抑制細胞增殖相關的變化基因、蛋白和代謝物，發(fā)現(xiàn)不同基因突變造成的兩種結腸癌細胞對相同活性成分反應并不相同，結合生物信息學建立了迭迭香引起細胞周期阻抑和凋亡的可能信號通路。此外，已有科學家利用蛋白組學研究食品組成與人體疾病的關系，發(fā)現(xiàn)新的食品過敏原，從而防止可能產(chǎn)生的健康威脅[11]。

4 食品組學分析技術

4.1 基因組技術

根據(jù)已知基因組信息，利用微陣列技術設計各種基因芯片，測定生物個體基因組差異，或者利用重測序、從頭測序等二代測序技術，測定未知基因組信息?；诨驕y序，改進大宗農(nóng)產(chǎn)品品質，在全基因組水平分析不同基因組結構與功能對不同食品的反應情況，建立食品營養(yǎng)成分與人體健康及疾病關系，開展個體營養(yǎng)基因組學研究，為營養(yǎng)失調等疾病提供解決方法。

4.2 轉錄組技術

mRNA和非編碼RNA表達水平反映了食品對于基因表達調控影響，利用轉錄組技術可以研究食品活性成分在體內生理功能穩(wěn)態(tài)平衡調節(jié)和在疾病預防中的作用。轉錄組分析技術與基因組技術類似，也包括微陣列技術和DNA測序技術兩類。

4.3 蛋白質組技術

食品蛋白組成與食品安全、來源、品種與加工等密切相關，分析食品進入人體后的蛋白組成變化有助于尋找預防疾病在內的食物活性物質。蛋白質組技術關鍵在于蛋白的分離與鑒定，傳統(tǒng)上采用凝膠電泳，現(xiàn)代更多采用多維液相色譜技術，目前已發(fā)展到基于微陣列的蛋白芯片技術，將蛋白分離、提取、鑒定等步驟集成在一張微流體芯片上完成，極大提高了分析效率[12]。

4.4 代謝組技術

代謝組技術主要是基于質譜或核磁共振技術，研究生物體系中內外源小分子代謝物及其代謝通路，區(qū)分不同食品成分在人體內的代謝途徑以及引起的代謝變化，分析不同代謝產(chǎn)物對身體機能影響，鑒定與人體健康相關的代謝標志物，監(jiān)測食品生產(chǎn)加工、貯藏運輸過程中營養(yǎng)物質變化情況，評價食品營養(yǎng)功能。如Vazquez[13]利用氫核磁共振圖譜技術，獲得人們飲用葡萄酒后的尿液中葡萄酒代謝圖譜和飲用葡萄酒后內源性生理標志物。

4.5 生物信息學與化學計量學

生物信息學挖掘食品組學研究海量數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計分析鑒別潛在的食品營養(yǎng)與健康的生物標志物，建立可能的信號通路，推測營養(yǎng)分子機制，解析食品特定成分對人體調控作用。化學計量學將數(shù)學、統(tǒng)計學等其他相關學科理論和方法綜合運用到化學分析過程，通過解析化學測定數(shù)據(jù)以最大限度地獲取化學物質成分、結構與其功能之間的復雜關系?；瘜W計量學結合紅外光譜、色譜、質譜等技術，可廣泛應用于食品營養(yǎng)成分分析以及食品生產(chǎn)加工過程中營養(yǎng)成分監(jiān)測[14-16]。

5 結論

利用Web of Science數(shù)據(jù)庫開展食品組學文獻計量分析，結果顯示，食品組學屬于新興學科，也屬于交叉學科，與生命科學、醫(yī)學等結合緊密，為食品營養(yǎng)與人體健康研究帶來了重要的機遇與挑戰(zhàn)，已逐漸成為食品科學未來發(fā)展的重點。西班牙發(fā)文量和被引頻次均遙遙領先，研究力量主要分布在西班牙和意大利。研究機構中，西班牙高等科學研究理事會研究力量最強。來源刊物中，研究文獻主要發(fā)表在美國、荷蘭和英國的期刊上，其中又以美國《Electrophoresis》最多。文獻分析發(fā)現(xiàn)，食品組學主要基于基因組、轉錄組、蛋白質組、代謝組、生物信息學與化學計量學研究食品本身質量與安全以及食品營養(yǎng)如何影響人體健康等，將極大地促進食品質量、營養(yǎng)、安全、溯源及新型食品、功能食品、保健食品及轉基因食品等全方位研究。◇

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