基于文獻計量的糟渣類食品加工副產(chǎn)物青貯發(fā)酵研究進展

潘立超，衛(wèi)滋花，黃超婧，郭曉鵬，張丙云，范文廣，任海偉

(蘭州理工大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州，730050)

中國是農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)加工大國，近年來農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)快速發(fā)展，成為鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)的主體力量，為促進農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效、農(nóng)民就業(yè)增收發(fā)揮了重要作用。然而，農(nóng)產(chǎn)品加工過程中會有大量的酒糟、薯渣、果渣、菌糠等副產(chǎn)物生成。據(jù)不完全統(tǒng)計，2020年全國各類糟渣副產(chǎn)物的產(chǎn)量接近6億t，但綜合利用率卻不足40%。這些副產(chǎn)物資源富含蛋白質(zhì)、碳水化合物(纖維素、半纖維素、淀粉)等多種物質(zhì)，可用于提取功能活性物質(zhì)(多酚、肽等)或生產(chǎn)動物飼料、生物肥料、生物能源(氫、甲烷等)、化工產(chǎn)品，利用潛力巨大[1]。

果渣、菌糠、薯渣、酒糟等大宗副產(chǎn)物不僅含水量高，而且營養(yǎng)物質(zhì)豐富，不易長時間保存，露天堆放或處理不及時極易引發(fā)腐敗變質(zhì)和環(huán)境污染，短時間內(nèi)如何及時、高效實現(xiàn)副產(chǎn)物轉(zhuǎn)化利用是實際生產(chǎn)面臨的關(guān)鍵問題。青貯發(fā)酵作為一種傳統(tǒng)的微生態(tài)厭氧發(fā)酵技術(shù)，可以利用附著或外源添加的有益乳酸菌等微生物繁殖代謝產(chǎn)生有機酸，使發(fā)酵體系pH值快速下降并抑制腐敗微生物，從而保存有機組分，實現(xiàn)長時間保質(zhì)儲存[2-3]。青貯發(fā)酵不僅能將糟渣類副產(chǎn)物制作成營養(yǎng)價值高、適口性好、便于消化吸收的動物飼料，同時還能緩解冬季飼料短缺等問題[4-5]。任海偉等[6]研究發(fā)現(xiàn)白酒糟與菊芋渣能在適宜比例條件下通過生化互補特性發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)青貯，獲得良好的發(fā)酵品質(zhì)?？芙瓭萚7]認為添加纖維素酶、木聚糖酶能夠提高水稻秸稈和白酒糟混合青貯的營養(yǎng)品質(zhì)、養(yǎng)分消化率和飼用價值，且纖維素酶的添加效果優(yōu)于木聚糖酶。朱飛等[8]認為在茶渣中添加麥麩和乳酸菌制劑可明顯提高茶渣的青貯品質(zhì)和養(yǎng)分含量，尤其在85%茶渣+15%麥麩的混合原料中添加100 mg/kg乳酸菌制劑可獲得較優(yōu)質(zhì)的青貯茶渣飼料。魏海燕等[9]比較研究了馬鈴薯淀粉渣分別與玉米粉和燕麥草粉的混合青貯品質(zhì)，發(fā)現(xiàn)馬鈴薯淀粉渣與玉米粉混合發(fā)酵后的相對飼喂價值更高，乳酸發(fā)酵強度較高。王玫丹[10]認為啤酒糟與玉米秸混合青貯能迅速降低發(fā)酵pH值，增加乳酸和乙酸含量，提高青貯有氧穩(wěn)定性。SCHNEIDER等[11]也發(fā)現(xiàn)甜菜粕和啤酒糟混合青貯能獲得良好的發(fā)酵水平。青貯發(fā)酵后的葡萄渣、蘋果渣和茶渣對提高牛、羊、魚等動物生產(chǎn)性能有積極作用[12-14]。

文獻計量學(xué)是研究文獻信息及其學(xué)科領(lǐng)域研究現(xiàn)狀、熱點與趨勢的情報學(xué)科，通過文獻資料的時空分析能對研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢做出科學(xué)評價和預(yù)測，有著傳統(tǒng)文獻綜述難以比擬的優(yōu)勢[15]。近年來，文獻計量學(xué)已被廣泛用于化學(xué)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、生物、能源等學(xué)科發(fā)展的綜合分析[16-17]。本文利用文獻計量學(xué)方法，結(jié)合Web of Science(SCI-E)檢索分析和中國知網(wǎng)CNKI(期刊)可視化分析，對青貯發(fā)酵在糟渣類食品加工副產(chǎn)物的利用現(xiàn)狀及今后的發(fā)展態(tài)勢進行客觀分析和判斷，以期更好地反映該領(lǐng)域最新研究態(tài)勢和熱點前沿，從而為從事相關(guān)研究的科研人員和機構(gòu)提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

選擇Web of Science (SCI-E)和中國知網(wǎng)(CNKI)期刊數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)來源。利用關(guān)鍵詞、主題以及結(jié)合領(lǐng)域分類的方法，檢索與糟渣類食品加工副產(chǎn)物青貯發(fā)酵研究相關(guān)的國內(nèi)外論文，檢索式確定如下：

Web of Science (SCI-E)使用的檢索式：

使用高級檢索，(TS=(silage* OR ensil*)) AND (TI=(Residue OR dreg* OR dross OR bagasse OR pomace OR marc OR lees OR offscum OR offscouring*)) time span=2008—2020。

中國知網(wǎng)(CNKI期刊)使用的檢索式：

使用高級檢索，主題=(青貯)，并且篇名=(糟)或含(渣)，發(fā)表時間為2000—2020。

初步檢索獲得 CNKI 中文文獻243篇，SCI-E 文獻188篇，通過文獻類型、Web of Science類別以及主題相關(guān)度進一步精簡檢索結(jié)果，最終對篩選的 CNKI 數(shù)據(jù)庫中240篇期刊論文和 SCI-E 數(shù)據(jù)庫中182篇文章進行分析。

1.2 分析方法

分析過程中使用的軟件及平臺有：(1)利用CiteSpace 軟件5.8.R1版本，以文獻中的關(guān)鍵詞作為節(jié)點進行聚類分析、突顯分析，設(shè)置相應(yīng)的時間跨度及time slice。(2)將文獻數(shù)據(jù)輸出為純文本格式，利用文獻計量在線分析平臺進行關(guān)鍵詞分析。(3)利用Origin 2021、Excel 2019將相關(guān)數(shù)據(jù)繪制統(tǒng)計圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 年度發(fā)文量趨勢分析

2.1.1 Web of Science(SCI-E)年度發(fā)文量趨勢分析

2008～2020年SCI-E數(shù)據(jù)庫中的文獻年度發(fā)表趨勢如圖1所示。2008～2012年的發(fā)文量均低于12篇以下，且有一定波動；2012～2020年的發(fā)文量穩(wěn)中有升，由擬合趨勢線可預(yù)判2021年該領(lǐng)域的發(fā)文量將達到26篇。說明近10年來與糟渣類食品加工副產(chǎn)物的青貯發(fā)酵相關(guān)研究在國際上關(guān)注度越來越高，而且有關(guān)“不同比例糟渣類副產(chǎn)物與草本植物的混合青貯品質(zhì)或動物生產(chǎn)特性”的技術(shù)研究日趨成熟。ALBA等[18]研究發(fā)現(xiàn)飼糧中添加2%的葡萄渣粉可提高奶羊的抗氧化和抗炎反應(yīng)，改善奶羊品質(zhì)。ARAJO等[19]將焙烤食品殘渣與象草進行混合青貯發(fā)酵，能有效提高干物質(zhì)回收率，更好地保存營養(yǎng)成分?？梢姡噘A發(fā)酵技術(shù)已經(jīng)廣泛用于各種糟渣類食品加工副產(chǎn)物的處理。

圖1 SCI-E年度發(fā)文量趨勢圖Fig.1 The trends of publications in SCI-E

2.1.2 CNKI(期刊)年度發(fā)文量趨勢分析

CNKI(期刊)數(shù)據(jù)庫中的年度發(fā)文量如圖2所示。在2000～2013年，年度發(fā)文量整體呈現(xiàn)上升趨勢，在2013年達到峰值。2013年發(fā)表論文數(shù)為24篇，研究的青貯原料多為蘋果渣、番茄渣以及水葫蘆渣等[20-23]。在2014～2020年，年度發(fā)文量整體呈現(xiàn)下降趨勢，青貯對象也多集中于果渣類原料。

圖2 CNKI(期刊)年度發(fā)文量趨勢圖Fig.2 The trends of publications in CNKI (journal)

2.2 論文發(fā)表國家分析

對2008～2020年SCI-E數(shù)據(jù)庫分析發(fā)現(xiàn)，巴西、中國和美國3個國家在該研究領(lǐng)域的發(fā)文數(shù)量相對較多，其中中國排在第2位，發(fā)表文獻數(shù)量為33篇，占比為18.132%，但篇均被引數(shù)僅為9.45次/篇，居于第6位，說明我國學(xué)者的研究成果在國際認可度和國際影響力方面還有上升空間，研究人員應(yīng)在該領(lǐng)域繼續(xù)深耕，提供更有價值的研究成果。相反，盡管德國的文獻總數(shù)排在世界第4位，但篇均被引數(shù)卻是最高的，高達33.64次/篇(圖3)，說明德國學(xué)者在此領(lǐng)域的研究成果備受國際認可，傳播影響力相對較高。結(jié)合圖4主要國家逐年發(fā)表論文數(shù)量可以看出，巴西、美國、印度、日本在該領(lǐng)域的起步較早，中國則因大宗固體廢棄物綜合利用、循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展等政策因素，對食品加工副產(chǎn)物資源再利用的重視程度逐年提升，文獻發(fā)表數(shù)量有后來居上之勢。

圖3 TOP10國家/地區(qū)的發(fā)文影響力Fig.3 Influence of publications in TOP 10 countries or regions

圖4 TOP 10 國家的年度發(fā)文趨勢Fig.4 The growth trends of the publications of 10 most productive countries

2.3 文獻發(fā)表期刊的分布

期刊類型是按某一標準劃分整體后所表現(xiàn)出來的期刊群體。一個學(xué)科的文獻往往分布在多種類型的期刊上，這是由論文的學(xué)科性和期刊的報道內(nèi)容所決定的[24]。而期刊分布在一定程度上反映著某一學(xué)科在文獻表現(xiàn)方面的集中度，是評價學(xué)科發(fā)展水平的重要指標之一。

2.3.1 Web of Science(SCI-E)文獻期刊分布

通過分析發(fā)現(xiàn)，SCI-E數(shù)據(jù)庫中檢索到的182篇文獻分散發(fā)表在105種期刊。表1選取了論文發(fā)表數(shù)量排名前10的期刊進行分析，發(fā)現(xiàn)荷蘭有3種期刊入選，其中影響因子最高的期刊是BioresourceTechnology(IF 9.642)，該期刊發(fā)表了10篇文章，多側(cè)重于糟渣類副產(chǎn)物的青貯應(yīng)用研究。另一方面，根據(jù)Web of science類別，有關(guān)糟渣類食品加工副產(chǎn)物青貯發(fā)酵的研究主題多集中在農(nóng)學(xué)、獸醫(yī)科學(xué)、生物技術(shù)應(yīng)用、微生物學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域，尤其農(nóng)業(yè)方向多聚焦在動物科學(xué)，著重探究各種副產(chǎn)物青貯發(fā)酵后作為飼料對牛羊生產(chǎn)性能、消化率等方面影響[13,25]。

表1 SCI-E文獻期刊分布(前10)Table 1 Top 10 journals in terms of number of articles published of SCI-E

2.3.2 CNKI(期刊)文獻期刊分布

通過CNKI(期刊)數(shù)據(jù)庫的期刊分布分析，將發(fā)表文獻排名前十的期刊進行統(tǒng)計，如表2所示。分析發(fā)現(xiàn)，該研究領(lǐng)域的論文多數(shù)發(fā)表在農(nóng)業(yè)科技專輯、畜牧與動物醫(yī)學(xué)專題，且與動物飼料、動物營養(yǎng)等期刊密切相關(guān)，說明食品加工副產(chǎn)物在青貯發(fā)酵處理后多用于動物飼料，大大豐富了飼料的來源和制作工藝。此外，動物營養(yǎng)學(xué)報是中國科技期刊卓越行動計劃中的領(lǐng)軍期刊，復(fù)合影響因子和綜合影響因子均為最高，是動物飼料研究領(lǐng)域的高水平期刊之一。

表2 CNKI文獻期刊分布(前10)Table 2 Top 10 journals in terms of number of articles published of CNKI

2.4 論文發(fā)文機構(gòu)的分布

2.4.1 Web of science(SCI-E)論文研究機構(gòu)的分布

通過分析發(fā)文機構(gòu)可了解各科研機構(gòu)在此領(lǐng)域的學(xué)術(shù)水平、權(quán)威程度以及研究水平的差異性。表3統(tǒng)計了SCI-E數(shù)據(jù)庫中文獻發(fā)表數(shù)量排名前11的研究機構(gòu)。由表3可知，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研究成果集中且發(fā)文數(shù)量位居世界第一，其中MENG Q X(孟慶翔)，XU C C(徐春城)，ZHOU B(周波)，ZHOU Z M(周振明)是該機構(gòu)的主要研究力量。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)也位列其中。另一方面，加州大學(xué)戴維斯分校發(fā)表文獻的篇均被引頻次最高為29 次/篇，美國農(nóng)業(yè)部和加州大學(xué)的篇均被引頻次緊隨其后，表明這3個機構(gòu)的研究成果受到該領(lǐng)域?qū)W者的普遍認可，發(fā)表文獻的影響力較大[26]。結(jié)合各國家/地區(qū)及機構(gòu)之間的合作關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖分析發(fā)現(xiàn)，圖5-a中各個國家和地區(qū)間伸出與接收的連線并不多，最多的在4～5條左右，圖5-b中各結(jié)點分布均勻，未形成以某一機構(gòu)為主的合作網(wǎng)絡(luò)，說明該領(lǐng)域跨國家聯(lián)系合作不太頻繁，各機構(gòu)間合作呈分散狀。未來各個國家及機構(gòu)間的合作交流研究應(yīng)該進一步加強。

表3 SCI-E的研究機構(gòu)(前11)Table 3 The 11 most productive research institutes of SCI-E

a-發(fā)文國家；b-發(fā)文機構(gòu)圖5 各國家及機構(gòu)之間的合作關(guān)系Fig.5 Mapping knowledge domain of countries and institutes cooperation

2.4.2 CNKI(期刊)論文研究機構(gòu)的分布

由排名前10的CNKI 論文研究機構(gòu)分布(表4)可知，我國相關(guān)研究機構(gòu)主要集中在高等學(xué)校。其中，西北農(nóng)林科技大學(xué)發(fā)文數(shù)量排名第1，占比為7.00%；其次為河北農(nóng)業(yè)大學(xué)、新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)和甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，分別發(fā)表文獻數(shù)為12、10和9。值得注意的是，排在前4位的高校中有3所處在西北地區(qū)，這可能是因為甘肅、新疆都屬于我國著名的五大牧區(qū)之一，農(nóng)產(chǎn)品資源也相對豐富，畜牧養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展使動物對飼料的需求旺盛，使得農(nóng)產(chǎn)品或食品加工副產(chǎn)物在動物飼料轉(zhuǎn)化途徑的應(yīng)用方面更具優(yōu)勢。

表4 CNKI的研究機構(gòu)(前10)Table 4 The 10 most productive research institutes of CNKI

2.5 關(guān)鍵詞分析

關(guān)鍵詞聚類分析是以關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析為基礎(chǔ)，將關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系通過聚類統(tǒng)計學(xué)的方法簡化成數(shù)目相對較少聚類的過程[27-28]。通過關(guān)鍵詞聚類分析的方法對糟渣類食品加工副產(chǎn)物青貯發(fā)酵領(lǐng)域的研究熱點進行分析，可以探求該領(lǐng)域的研究熱點主題。

2.5.1 Web of Science(SCI-E)關(guān)鍵詞分析

利用文獻計量在線分析平臺進行關(guān)鍵詞分析，每個色塊代表不同的關(guān)鍵詞，色塊的大小代表關(guān)鍵詞數(shù)量的多少。由圖6可知，隨著時間的推移，關(guān)鍵詞種類在不斷增加，從副產(chǎn)物青貯發(fā)酵，作為青貯飼料后在動物中的消化率，到最后副產(chǎn)物(如番茄渣、蘋果渣)的青貯發(fā)酵品質(zhì)，包括有氧穩(wěn)定性、營養(yǎng)價值以及在動物體內(nèi)的消化率。

圖6 SCI-E關(guān)鍵詞分析Fig.6 SCI-E keyword analysis

2.5.2 CNKI(期刊)關(guān)鍵詞分析

通過運行CiteSpace軟件，設(shè)置節(jié)點類型為關(guān)鍵詞，具有主題相似性的關(guān)鍵詞被歸為一類，得到如圖7所示關(guān)鍵詞聚類網(wǎng)絡(luò)圖譜。具體聚類所含標簽詞如表5所示。圖中呈現(xiàn)了“蘋果渣”、“發(fā)酵品質(zhì)”、“飼喂奶?！?、“啤酒糟”、“甜菜渣”、“生長性能”、“營養(yǎng)成分”、“發(fā)酵生產(chǎn)”8個聚類，反映了糟渣類食品加工副產(chǎn)物青貯發(fā)酵領(lǐng)域的研究熱點。進一步分析，水分含量較高的蘋果渣、甜菜渣和啤酒糟等副產(chǎn)物適宜通過青貯發(fā)酵進行轉(zhuǎn)化利用，而且評價和研究青貯(單一或混合)對發(fā)酵品質(zhì)、動物生產(chǎn)性能以及青貯質(zhì)量影響仍是學(xué)者關(guān)注的熱點。

表5 關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)聚類表Table 5 Keyword co-occurrence network clustering table

圖7 CNKI關(guān)鍵詞聚類網(wǎng)絡(luò)圖譜Fig.7 The keyword clustering knowledge map of literatures in CNKI

由圖8可知，在2000～2009年一直突現(xiàn)的突現(xiàn)詞為“青貯窖”、“飼喂奶牛”，也間斷突現(xiàn)“青貯飼料”“青貯原料”“玉米秸”“蘋果渣”等關(guān)鍵詞；2008～2011年的突現(xiàn)詞為“甜菜渣”；2012～2017年間的突現(xiàn)詞為“番茄渣”；2014～2018年的突現(xiàn)詞為“馬鈴薯渣”。突現(xiàn)詞是某一個時間段內(nèi)被引頻次突然增多的關(guān)鍵詞，可以用來反應(yīng)某一時間段內(nèi)的研究趨勢，說明近年來果蔬加工副產(chǎn)物的青貯發(fā)酵研究較為集中，受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注。

圖8 CNKI關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖(前9)Fig.8 Knowledge map of the top 9 burst terms with the strongest citation bursts in CNKI

3 結(jié)論與討論

基于文獻計量學(xué)方法，結(jié)合2000～2020年中國知網(wǎng)(CNKI期刊)數(shù)據(jù)庫和2008～2020年SCI-E數(shù)據(jù)庫分析結(jié)果，國內(nèi)外相關(guān)研究主要集中在青貯(單一或混合)制備高品質(zhì)動物飼料、不同種類副產(chǎn)物與秸稈等大宗廢棄物的青貯過程調(diào)控、副產(chǎn)物青貯后對動物生產(chǎn)性能、動物產(chǎn)品質(zhì)量的影響等方面。其中，蘋果渣、番茄渣、葡萄渣、甜菜渣等含糖量較高的副產(chǎn)物研究相對廣泛，這些物質(zhì)對青貯發(fā)酵啟動和品質(zhì)提升具有積極作用。盡管目前國內(nèi)外學(xué)者在該領(lǐng)域的研究成果很多，但由于副產(chǎn)物種類多、資源量大等特點，整體綜合利用率仍然偏低，繼續(xù)深入研究副產(chǎn)物經(jīng)青貯發(fā)酵后的二次梯級利用更為迫切，尤其是從種類搭配、混合比例、過程調(diào)控等方面研究如何提升副產(chǎn)物青貯后的飼用價值和營養(yǎng)消化率，以及青貯在高端寵物飼料、生物能源(乙醇、沼氣等)等產(chǎn)業(yè)的拓展將會是未來極具潛力的發(fā)展方向。總之，青貯技術(shù)對糟渣類副產(chǎn)物的綜合利用具有積極促進作用，研究內(nèi)容和發(fā)展?jié)摿€有很大的增值空間。