基于文獻(xiàn)計(jì)量分析細(xì)胞破壁技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

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(1.南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇高校糧油質(zhì)量安全控制及深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京 210023; 2.廣東食品藥品職業(yè)學(xué)院,廣東廣州 510520)

細(xì)胞破壁技術(shù)亦稱細(xì)胞破碎技術(shù),是利用物理、化學(xué)和生物的單一或復(fù)合手段,使細(xì)胞壁或膜破裂,從而將細(xì)胞內(nèi)豐富又高附加值的有益功能物質(zhì)有效釋放與分離的超微加工技術(shù),是目前應(yīng)用極廣的一種高科技技術(shù)[1-2]。細(xì)胞破壁方法很多(如圖1),目前細(xì)胞破壁的方法主要有物理法、化學(xué)法、生物酶解法和復(fù)合法四類[1],物理法最為常見,但設(shè)備要求和成本都高,存在高壓勻漿的勻漿閥易被亞細(xì)胞器損壞、大容量聲能裝置散熱困難和低溫環(huán)境難以建立等問(wèn)題;生物酶解法存在產(chǎn)物抑制、生產(chǎn)效率低等局限性;化學(xué)法雖然便于規(guī)?；a(chǎn),但有機(jī)溶劑(如苯、甲苯)、表面活性劑等化學(xué)品有一定毒性,易造成生產(chǎn)和產(chǎn)品的安全性問(wèn)題;復(fù)合法有綜合物理法、化學(xué)法和生物法優(yōu)點(diǎn)的特征,避免了單一破壁技術(shù)弊端,為最具發(fā)展?jié)摿Φ姆椒ā?/p>

圖1 細(xì)胞破壁方法Fig.1 Cell wall breaking methods

細(xì)胞破壁技術(shù)在食品、醫(yī)藥、生物和化工等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)了無(wú)窮的發(fā)展?jié)摿?尤其是在我國(guó)傳統(tǒng)中藥材改進(jìn)提升方面有突出的作用。在“一帶一路”的新經(jīng)濟(jì)新常態(tài)下,細(xì)胞破壁技術(shù)將為我國(guó)的中醫(yī)藥、食品、生物化工、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)等產(chǎn)業(yè)更好地走向世界發(fā)揮巨大作用。為此,本文對(duì)細(xì)胞破壁技術(shù)進(jìn)行文獻(xiàn)計(jì)量與分析,以期為其更穩(wěn)健的發(fā)展拋磚引玉而盡綿薄之力。

1 研究方法

選用中國(guó)知識(shí)資源總庫(kù)(CNKI)檢索自1979.01.01～2017.12.31以來(lái)收錄的細(xì)胞破壁技術(shù)的中文文獻(xiàn),在高級(jí)檢索下選擇“基礎(chǔ)科學(xué)”、“工程科技Ⅰ、Ⅱ”、“農(nóng)業(yè)科技”、“醫(yī)療衛(wèi)生科技”、“信息科技”和“經(jīng)濟(jì)與管理科學(xué)”共7個(gè)子庫(kù),以主題名為“細(xì)胞破壁”或含“破壁技術(shù)”匹配 “模糊”檢索方式,共檢索到659篇文獻(xiàn)資料;在中國(guó)專利數(shù)據(jù)總庫(kù)中以“細(xì)胞破壁”或含“破壁”為專利名稱匹配 “模糊”檢索方式檢索自1985.01.01～2016.12.31(申請(qǐng)日期)以來(lái)所有專利,共檢索到837項(xiàng),其中發(fā)明專利484項(xiàng),外觀設(shè)計(jì)230項(xiàng),實(shí)用新型123項(xiàng)。利用中國(guó)知識(shí)資源總庫(kù)(CNKI)分析工具對(duì)“全部檢索結(jié)果”進(jìn)行“計(jì)量化可視分析”,將數(shù)據(jù)用Microsoft Excel軟件處理,結(jié)合“對(duì)比分析”加以人工整合統(tǒng)計(jì)后,得到文章中各圖表。

2 載文文獻(xiàn)的分析

2.1 年度分布分析

從CNKI收錄的中文文獻(xiàn)資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析見表1與圖2,破壁技術(shù)文獻(xiàn)發(fā)展大致可分為四個(gè)階段:朦朧孕育期:1990年之前國(guó)內(nèi)僅有24篇文獻(xiàn),數(shù)量少且發(fā)展緩慢?！捌票凇币辉~最初出現(xiàn)在李洪德[3]針對(duì)提高改進(jìn)探礦采礦技術(shù)的“用破壁方法增大泥漿鉆孔出水量”(《探礦工程(巖土鉆掘工程)》,1979(6))中,隨后研究方向轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)小球藻和花粉的破壁研究,此階段研究集中在機(jī)械破壁方面,涉獵面狹窄、方向單一;茁壯成長(zhǎng)期:1991～2000年文獻(xiàn)數(shù)量較以往有了極大的發(fā)展且增長(zhǎng)穩(wěn)定,并在1994年擴(kuò)充到皮狀絲孢酵母破壁條件的研究,破壁技術(shù)實(shí)現(xiàn)了突破性進(jìn)展;2000年開始探究破壁食用菌的應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義;快速發(fā)展期:2001～2010年關(guān)于破壁技術(shù)的文獻(xiàn)數(shù)量激增至308篇,且質(zhì)量明顯提高,研究領(lǐng)域拓寬、成果豐碩,該技術(shù)大范圍地應(yīng)用到實(shí)際,并不斷精進(jìn)優(yōu)化,在藥學(xué)、醫(yī)學(xué)、食品科學(xué)等方面有了突出貢獻(xiàn);穩(wěn)健成熟期:2011～2017年有276篇文獻(xiàn),增長(zhǎng)較為平緩,研究?jī)?nèi)容大多是對(duì)以往技術(shù)的改進(jìn),處于相對(duì)穩(wěn)定的發(fā)展階段。

表1 不同年代與破壁技術(shù)相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)量Table 1 The number of documents related to wall breaking technology in different years

圖2 破壁技術(shù)相關(guān)文獻(xiàn)分析Fig.2 Analysis of related literatures on wall breaking technology

2.2 基金來(lái)源分析

1979年～2017年期間,資助破壁技術(shù)研究的基金項(xiàng)目共39種,130項(xiàng)。國(guó)家級(jí)資助項(xiàng)目有7種,受資助項(xiàng)目達(dá)66項(xiàng),占50.80%,以國(guó)家自然科學(xué)基金(43項(xiàng))居首,其主要資助領(lǐng)域?yàn)檗r(nóng)業(yè)科技與醫(yī)療衛(wèi)生科技;省級(jí)資助項(xiàng)目22種,受資助的項(xiàng)目達(dá)46項(xiàng),占35.58%,以湖南省科委基金(10項(xiàng))居首,其主要資助文獻(xiàn)大多是對(duì)植物微粉細(xì)胞破壁率的測(cè)定;其他基金資助項(xiàng)目10種,受資助的項(xiàng)目18項(xiàng),占13.85%;國(guó)家及各省市基金項(xiàng)目的資助必將幫助破壁技術(shù)研究的發(fā)展與難點(diǎn)的攻破(見表2)。

表2 破壁技術(shù)研究的基金來(lái)源(前10位)Table 2 The funding source of research on wall breaking technology(Top 10)

國(guó)家和地方高度重視破壁技術(shù)的研究,特別是基礎(chǔ)科學(xué)研究的資助標(biāo)桿——自然科學(xué)基金項(xiàng)目,占全部項(xiàng)目的33.07%,這證明破壁技術(shù)是我國(guó)一個(gè)極為重要的基礎(chǔ)性研究課題。這一研究的突破將給其相關(guān)下游產(chǎn)業(yè)及產(chǎn)品帶來(lái)質(zhì)的飛躍和巨大經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)價(jià)值。

2.3 關(guān)鍵詞分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì)破壁技術(shù)文獻(xiàn)中的高頻關(guān)鍵詞,結(jié)合“關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)”,除去“破壁”“細(xì)胞破壁”“破壁技術(shù)”等非實(shí)質(zhì)性的關(guān)鍵詞,合并“靈芝孢子粉”“靈芝孢子”“破壁靈芝孢子粉”等相似關(guān)鍵詞后,整理出詞頻大于20次的關(guān)鍵詞(見表3)。結(jié)果反映出破壁技術(shù)主要集中在靈芝孢子粉、花粉以及破壁率的研究,在多糖、破壁飲片等方面的研究也較深入,破壁技術(shù)多以超微粉碎、超聲波等物理方法輔助。破壁飲片屬當(dāng)下研究的熱點(diǎn),且潛力巨大,有利地促進(jìn)了我國(guó)中藥及功能性食品生產(chǎn)從傳統(tǒng)的作坊式向現(xiàn)代的標(biāo)準(zhǔn)化智能化規(guī)?；a(chǎn)發(fā)展,并加速其國(guó)際化進(jìn)程。

表3 破壁文獻(xiàn)中的高頻關(guān)鍵詞Table 3 The high-frequency keywords in wall breaking technology documents

2.4 內(nèi)容層次分析

目前破壁技術(shù)研究熱點(diǎn)在于對(duì)食用菌破壁優(yōu)化方法的探討[4],對(duì)中藥飲片的創(chuàng)新思路的探討[5],不同破壁方法對(duì)破壁質(zhì)量(破壁率、破壁速率和破壁產(chǎn)品品質(zhì)等)影響的探討[6]等方面(見圖3)。由圖3可知,目前破壁技術(shù)研究主要集中在輕工業(yè)手工業(yè)、中藥學(xué)、工業(yè)經(jīng)濟(jì)、生物化工、蠶蜂與野生動(dòng)物保護(hù)等領(lǐng)域。在中醫(yī)藥上,破壁技術(shù)的應(yīng)用提高了中藥材的利用率,使中藥品質(zhì)明顯提升,藥效更好[7-8];在食品領(lǐng)域,破壁技術(shù)為充分發(fā)掘食品原料的潛在功能性成分、提升食品營(yíng)養(yǎng)和保健價(jià)值[9],推動(dòng)產(chǎn)生了超能破壁機(jī)的創(chuàng)造發(fā)明,并加速健康食品的升級(jí)換代[10]。

圖3 破壁技術(shù)相關(guān)文獻(xiàn)的內(nèi)容層次分析Fig.3 Content hierarchy analysis of relevant literatures on wall breaking technology

2.5 期刊和專利的分析

2.5.1 載文期刊 分析經(jīng)統(tǒng)計(jì),CNKI收錄期刊中刊載破壁技術(shù)文獻(xiàn)期刊達(dá)46種,如表4所示的載文量前10的期刊,刊文共104篇,占比42.64%,其中《食品工業(yè)科技》最多,達(dá)24篇占比9.84%;涵蓋的內(nèi)容主要有:中藥學(xué)、生物學(xué)、預(yù)防醫(yī)學(xué)與衛(wèi)生學(xué)、腫瘤學(xué)、中醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、林學(xué)和農(nóng)學(xué)等領(lǐng)域,說(shuō)明破壁技術(shù)的文獻(xiàn)載體具有聚散性特征,符合文獻(xiàn)信息離散分布規(guī)律——布拉德福(Samuel Clement Bradford)定律[11]。

表4 載文量排序前10的期刊Table 4 The journals whose amount of downloads rank 10

2.5.2 載文專利分析 經(jīng)統(tǒng)計(jì)破壁技術(shù)的專利有837項(xiàng)(見表5),其中發(fā)明專利484項(xiàng),實(shí)用新型123項(xiàng),外觀設(shè)計(jì)230項(xiàng);其行業(yè)分布主要為輕工業(yè)手工業(yè)427項(xiàng)占49.77%,中醫(yī)藥125項(xiàng)占14.57%,工業(yè)通用技術(shù)及設(shè)備80項(xiàng)占9.32%。從1979年以來(lái)我國(guó)破壁技術(shù)的專利輕工業(yè)手工業(yè)始終占有最大的比重,并在2016年發(fā)生突躍,其專利數(shù)量從2015年61項(xiàng)猛增到230項(xiàng),增長(zhǎng)率達(dá)377.0%;而中醫(yī)藥、工業(yè)通用技術(shù)及設(shè)備和生物和化工等行業(yè)的相關(guān)專利數(shù)量增長(zhǎng)相對(duì)較平穩(wěn),始終保持在50%～80%增長(zhǎng)幅度內(nèi)。

表5 載文專利分析Table 5 The patent analysis of downloading documents

從專利的屬性來(lái)看,在1985～2000、2001～2010和2011～2017年這三個(gè)時(shí)期,我國(guó)破壁技術(shù)的專利數(shù)始終是發(fā)明專利多于實(shí)用新型和外觀設(shè)計(jì)專利。這從一個(gè)側(cè)面反映了我國(guó)在破壁技術(shù)研究方面始終堅(jiān)持了自主創(chuàng)新的發(fā)展道路,進(jìn)入21世紀(jì)后我國(guó)破壁技術(shù)的專利文獻(xiàn)進(jìn)入了快速發(fā)展階段,其環(huán)比增長(zhǎng)速度都超過(guò)了3倍,除發(fā)明專利繼續(xù)穩(wěn)健外(占比穩(wěn)定在50%以上),實(shí)用新型專利和外觀設(shè)計(jì)專利有了快速而迅猛地發(fā)展,占比都從2000年前的9.68%和6.45%,發(fā)展到目前的17.52%和30.54%的較好狀態(tài),這也充分證實(shí)破壁技術(shù)研究是項(xiàng)基礎(chǔ)的研究工作,其研究成果惠及相關(guān)行業(yè)或產(chǎn)業(yè),帶動(dòng)和引領(lǐng)相關(guān)行業(yè)或產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí),形成新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)引擎且拉動(dòng)了經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)。但是我國(guó)破壁技術(shù)的研究并未達(dá)到卓越的理想境地,創(chuàng)新能力、創(chuàng)新水平和創(chuàng)新面都有待進(jìn)一步提高。

2.6 被引分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì),被引次數(shù)>100次的文獻(xiàn)有張代佳等[12]的“微波技術(shù)在植物胞內(nèi)有效成分提取中的應(yīng)用”《中草藥》2000(9)被引420次,楊翠竹等[13]的“酵母細(xì)胞破壁技術(shù)研究與應(yīng)用進(jìn)展”《食品科技》,2006,31(7)被引122次,僅此兩篇;被引次數(shù)在50～100次的有唐維等[14]的“花粉破壁方法的研究進(jìn)展”《食品與發(fā)酵工業(yè)》,2003(2)被引85次,關(guān)天增等[15]的”淺談超微粉碎”《中國(guó)中藥雜志》,2002(7)被引67次,林志彬等[16]的”靈芝孢子及其活性成分的藥理研究”《北京大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版)》,2006(5)被引64次等,共計(jì)11篇。被引<10次的有532篇,其中大多數(shù)是被引為0或1的,甚至有一稿多發(fā)現(xiàn)象。由于被引次數(shù)的時(shí)效性,發(fā)表早的文獻(xiàn)被引次數(shù)在理論上多于發(fā)表晚的文獻(xiàn),但仍無(wú)法掩蓋文獻(xiàn)之間質(zhì)量相差懸殊的事實(shí)。因此,科研人員應(yīng)兼顧文獻(xiàn)的數(shù)量及質(zhì)量,并加強(qiáng)業(yè)內(nèi)的溝通與合作,全面提升我國(guó)破壁技術(shù)研究水平,杜絕學(xué)術(shù)不良行為。

2.7 研究機(jī)構(gòu)分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì)目前參與破壁文獻(xiàn)的研究機(jī)構(gòu)有30多家,幾乎遍布全國(guó)各省市自治區(qū),其中高等院校最多。排名前10的機(jī)構(gòu)中有9個(gè)高等院校(見圖4),這表明我國(guó)高校在破壁技術(shù)上有雄厚的科研能力和強(qiáng)大的科研隊(duì)伍,這是推動(dòng)了破壁技術(shù)發(fā)展的主力軍。各大機(jī)構(gòu)的研究特色和風(fēng)格不盡相同,發(fā)文最多的江南大學(xué)(19篇)主要是研究破壁食物營(yíng)養(yǎng)成分及其測(cè)定分析;發(fā)文亞軍的廣東中山市中智藥業(yè)集團(tuán)有限公司(17篇)主要是中藥破壁飲片的研發(fā);發(fā)文季軍的福建農(nóng)林大學(xué)(13篇)主要是花粉破壁方法的研究與優(yōu)化。這也標(biāo)志著一個(gè)百花齊放的中國(guó)破壁技術(shù)研究正在形成和壯大。

圖4 文獻(xiàn)研究機(jī)構(gòu)的發(fā)文量Fig.4 The number of literatures published by domestic research institutions

3 展望

通過(guò)對(duì)CNKI收錄的中文細(xì)胞破壁技術(shù)文獻(xiàn)的計(jì)量分析得知:當(dāng)前該技術(shù)的研究熱點(diǎn)主要集中在靈芝孢子、花粉和冬蟲夏草等名貴中藥飲片的創(chuàng)新[17-18]和對(duì)食用菌、天然香料等功能性食材破壁技術(shù)的優(yōu)化與新設(shè)備的創(chuàng)制[19]等方面,且成績(jī)斐然;但該技術(shù)目前還面臨著一些問(wèn)題,例如:操作過(guò)程中難以均勻恒定地維持低溫或超低溫狀態(tài)[20],缺少精準(zhǔn)而通用的細(xì)胞破壁動(dòng)力學(xué)模型;有關(guān)細(xì)胞破壁熱力學(xué)及其機(jī)理的研究有待深入,家庭小型果蔬破壁料理機(jī)、破壁美膚儀和集高效溶出與分離于一體的破壁設(shè)備等專用儀器的研發(fā)還有巨大的發(fā)展空間[10];細(xì)胞破壁技術(shù)目前也僅應(yīng)用于某些中藥和食品加工等領(lǐng)域。這些都需要廣大研究人員充分利用現(xiàn)代人工智能、信息化和大數(shù)據(jù)等新科技手段與細(xì)胞破壁技術(shù)深度融合,打造出新一代細(xì)胞破壁新技術(shù),解決上述難題和提升對(duì)難吸收利用的食品及其原料加工技術(shù),加速促進(jìn)環(huán)境污染物的降解以改善環(huán)境[21]、建立科學(xué)合理的中藥標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量保證體系[22],以推進(jìn)中藥國(guó)際化進(jìn)程[23]和升級(jí)化妝品效能與品質(zhì)[24]等諸多生產(chǎn)與社會(huì)的需要。

細(xì)胞破壁的方法將趨向于復(fù)合法,該方法在一定程度上能減少有害化學(xué)物質(zhì)的使用,提高生產(chǎn)效率,降低能耗;在加速細(xì)胞破壁技術(shù)科研進(jìn)程、提高破壁產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí),要實(shí)施科學(xué)有效的策略進(jìn)行市場(chǎng)推廣,提高市場(chǎng)占有率,加速產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程,使破壁技術(shù)能夠從實(shí)驗(yàn)階段真正地轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力,從而獲得經(jīng)濟(jì)效益;在推動(dòng)傳統(tǒng)中藥和中國(guó)美食更好地走向世界的進(jìn)程中,細(xì)胞破壁技術(shù)也將成為不可或缺的輔助研發(fā)手段。相信在全體科研工作者的共同努力下,細(xì)胞破壁技術(shù)將日益完善,在醫(yī)藥、生物、農(nóng)業(yè)、食品和化工等諸多領(lǐng)域起到中流砥柱的作用。