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(xué)院生物工程與技術(shù)學(xué)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(guān)，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(zhì)的共同特征，與疾病無任何關(guān)聯(lián)的食源性蛋白質(zhì)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(jīng)過溫和變性、水解等作用自組裝形成富含交叉β-折疊結(jié)構(gòu)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(xué)功能[2]。PNFs具有高比表面積、高疏水性、優(yōu)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(zhì)構(gòu)改良劑、營養(yǎng)組分載體、食品配料、抑菌水凝膠與抗菌納米薄膜等領(lǐng)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(chǎn)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(yīng)用領(lǐng)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(tài)、結(jié)構(gòu)、泡沫形成和穩(wěn)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(yōu)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(tǒng)文獻調(diào)研主要通過主題詞、關(guān)鍵詞等對某領(lǐng)域進行檢索，采用統(tǒng)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(guān)系難以清晰地呈現(xiàn)。文獻計量學(xué)具有可視化和能處理海量文獻等特征，可為梳理某一領(lǐng)域的研究歷程、研究熱點、研究前沿等作出科學(xué)評價[10]。CiteSpace是陳超美（Chaomei Chen）教授基于Java開發(fā)的一款科學(xué)知識圖譜可視化軟件，能通過呈現(xiàn)科學(xué)知識之間的合作網(wǎng)絡(luò)、共現(xiàn)、共被引等網(wǎng)絡(luò)關(guān)系[11]，從而獲得某一研究領(lǐng)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(lǐng)域進行文獻計量分析，認為多酚提取工藝優(yōu)化、體外消化為該領(lǐng)域的研究熱點。錢文文等[13]利用CiteSpace軟件對血糖生成指數(shù)研究領(lǐng)域進行文獻可視化分析，指出未來該領(lǐng)域應(yīng)注重多學(xué)科交流和多維度證據(jù)支持。周鈺等[14]研究表明抗過敏食物研究熱點已轉(zhuǎn)向信號通路和胃、腸道微環(huán)境等領(lǐng)域。

隨著PNFs研究內(nèi)容的不斷深入，該領(lǐng)域發(fā)文量持續(xù)增加，但目前還未見針對PNFs進行科學(xué)、系統(tǒng)梳理和可視化分析的相關(guān)報道。基于此，為全面總結(jié)和精準識別近年來國內(nèi)外PNFs領(lǐng)域的演變歷程，以CNKI數(shù)據(jù)庫和WOS核心合集數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源，利用CiteSpace軟件對2005—2022年P(guān)NFs領(lǐng)域國內(nèi)外文獻的發(fā)文量、作者、機構(gòu)、國家、關(guān)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(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、研究熱點、研究前沿和研究趨勢等，旨在為國內(nèi)PNFs研究的科研學(xué)者和研究機構(gòu)等提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

中文文獻來自CNKI數(shù)據(jù)庫中的SCI、EI、CSCD和北大核心期刊，以“蛋白納米纖維”或“蛋白質(zhì)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(shù)據(jù)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(gòu)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?！癝election Criteria”選擇“Top N=50，時間切片設(shè)置為1年，其他參數(shù)選擇默認值。

根據(jù)普賴斯定律確定核心作者[15]，如式（1）所示。

式中：Npmax為發(fā)文量最多作者的文章數(shù)量；Mp為核心作者的最低發(fā)文量。

根據(jù)齊普夫第二定律推導(dǎo)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(guān)鍵詞數(shù)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)文量分析

2005—2022年P(guān)NFs研究的年發(fā)文量見圖1。WOS數(shù)據(jù)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(fā)文量的差異性較?。辉谥兴僭鲩L期，PNFs發(fā)文量雖有所增加，但整體發(fā)文量仍明顯較低；在快速增長期，PNFs發(fā)文量增幅較為明顯，表明近年來該領(lǐng)域的受關(guān)注度持續(xù)增加，同時也提示該階段可能有經(jīng)典文獻發(fā)表。在2017年前，CNKI數(shù)據(jù)庫中PNFs年發(fā)文量幾乎均略高于WOS數(shù)據(jù)庫，但2017年后，后者PNFs年發(fā)文量超過前者且出現(xiàn)明顯波動。

圖1 2005—2022年P(guān)NFs研究發(fā)文量

2.2 作者合作網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)普賴斯公式，WOS數(shù)據(jù)庫中發(fā)文量不少于3篇的作者為核心作者（73位）。作者合作網(wǎng)絡(luò)見圖2（頻次＞5次）。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)923，連接線3 033，密度0.007 1。發(fā)文量前10位作者見表1。LENDEL C，Solin N[17]學(xué)術(shù)群體，研究PNFs在可持續(xù)材料中的應(yīng)用；Lendel等[18-19]研究基于可持續(xù)性食品PNFs的表征；Knowles等[20]研究蛋白質(zhì)分子自組裝以及生物材料在生命系統(tǒng)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(lǐng)域也具有重要影響力。

表1 發(fā)文量前10位作者

圖2 WOS數(shù)據(jù)庫中作者合作網(wǎng)絡(luò)

CNKI數(shù)據(jù)庫中作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜見圖3。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)686，連接線1 680，密度0.007 2。CNKI數(shù)據(jù)庫中發(fā)文量前10位作者見表1。根據(jù)普賴斯公式，發(fā)文量不少于3篇的作者為該領(lǐng)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(wǎng)絡(luò)

2.3 機構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)

機構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)分析見表2。WOS數(shù)據(jù)庫發(fā)文量前5位機構(gòu)為Northeast Agricultural University，University of Cambridge，Link?ping University，KTH Royal Institute of Technology和Harvard University。CNKI數(shù)據(jù)庫發(fā)文量前5位機構(gòu)為蘇州大學(xué)、浙江理工大學(xué)、東華大學(xué)、江南大學(xué)和東北農(nóng)業(yè)大學(xué)。

表2 發(fā)文量前10位研究機構(gòu)

2.4 國家合作網(wǎng)絡(luò)

國家合作網(wǎng)絡(luò)見圖4。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)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(fā)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(lǐng)域發(fā)文量最多，但我國開展研究的時間較晚。中心性＞0.1的節(jié)點為關(guān)鍵節(jié)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(guān)鍵節(jié)點。結(jié)合發(fā)文量和中心性綜合考慮，可認為中國和美國對PNFs在PNFs領(lǐng)域具有重要的影響力和學(xué)術(shù)地位。

表3 WOS中國家合作網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計表

圖4 國家合作網(wǎng)絡(luò)

2.5 來源期刊分析

發(fā)文量前5位期刊見表4。WOS數(shù)據(jù)庫中ACS NANO以發(fā)文量12篇排名第1，表明其在PNFs領(lǐng)域的權(quán)威性和引領(lǐng)作用，排名第2和第3位期刊分別為Food Hydrocolloids和Biomacromolecules。CNKI數(shù)據(jù)庫中《紡織學(xué)報》以發(fā)文量18篇排名第1，其后為《絲綢》（13篇）、《食品工業(yè)科技》（11篇）、《化工新型材料》（10篇）和《功能材料》（10篇）。

表4 PNFs發(fā)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(jù)式（2）計算可知，關(guān)鍵詞頻次大于41次為高頻關(guān)鍵詞。WOS數(shù)據(jù)庫中關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜見圖5。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)1 132個，連線5 312條，密度0.008 3。前5位PNFs關(guān)鍵詞共現(xiàn)統(tǒng)計見表5。頻次最高的關(guān)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(guān)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(guān)鍵詞聚類后Q=0.766 2＞0.3，S=0.898 8＞0.7，表明聚類結(jié)構(gòu)顯著且合理，可信度高[24]。前5個聚類關(guān)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(guān)鍵詞共現(xiàn)統(tǒng)計表

表6 前10位高被引作者統(tǒng)計表

圖5 WOS數(shù)據(jù)庫中關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)式（2），頻次大于20次為高頻關(guān)鍵詞（圖6）。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)276個，連線785條，密度0.020 7。由表5可以看出，頻次最高關(guān)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(guān)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(xué)性質(zhì)，可認為靜電紡絲、納米纖維和絲素蛋白是CNKI數(shù)據(jù)庫中PNFs的研究熱點。

圖6 CNKI數(shù)據(jù)庫中關(guān)鍵詞共現(xiàn)

2.6.2 研究前沿

關(guān)鍵詞突現(xiàn)結(jié)果分別見圖7和圖8。2010年以前，WOS數(shù)據(jù)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(xù)至2022年。

圖7 WOS數(shù)據(jù)庫中10位PNFs關(guān)鍵詞突現(xiàn)

圖8 CNKI數(shù)據(jù)庫中前10位PNFs關(guān)鍵詞突現(xiàn)

2010年以前，CNKI數(shù)據(jù)庫中突現(xiàn)關(guān)鍵詞為絲素、殼聚糖和藥物載體等，隨后“膠原”“交聯(lián)及其改性”“靜電紡”“藥物緩釋”逐漸成為突現(xiàn)關(guān)鍵詞，而“藥物緩釋”則從2020年突現(xiàn)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(xué)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(lǐng)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(lǐng)域具有引領(lǐng)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(fā)表的Amyloid fibrils as building blocks for natural and artificial functional materials，被引次數(shù)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(jié)構(gòu)PNFs與其功能之間的聯(lián)系，以及功能性淀粉樣蛋白的潛在應(yīng)用[25]。前10位高被引文獻均發(fā)表在2016年以后，表明該階段有大量經(jīng)典文獻形成，該結(jié)果與2.1小節(jié)中“快速增長期可能有經(jīng)典文獻發(fā)表”的相一致。

表7 前10位高被引文獻

前10位高突現(xiàn)文獻見表8。首位高突現(xiàn)文獻為CHERNY I于2008年發(fā)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(xiàn)文獻中有4位中國學(xué)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(xiàn)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(xiàn)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(lǐng)域期刊，無針對食品科學(xué)領(lǐng)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(tǒng)計表

3 結(jié)論

以WOS核心數(shù)據(jù)庫和CNKI數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)來源，通過CiteSpace軟件對PNFs領(lǐng)域的相關(guān)文獻進行統(tǒng)計和可視化分析。

國內(nèi)外PNFs研究發(fā)文量呈波動趨勢。國際上PNFs研究發(fā)文量最多的研究機構(gòu)為東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，國內(nèi)則為蘇州大學(xué)。中國是發(fā)文量最高的國家，中國、美國在PNFs研究領(lǐng)域具有重要的學(xué)術(shù)地位和影響力。

國內(nèi)外發(fā)文量最高作者分別為SOLIN N和魏取福，研究群體內(nèi)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。