基于文献计量的糟渣类食品加工副产物青贮发酵研究进展

潘立超，卫滋花，黄超婧，郭晓鹏，张丙云，范文广，任海伟

(兰州理工大学 生命科学与工程学院，甘肃 兰州，730050)

中国是农产品生产加工大国，近年来农产品加工业快速发展，成为乡村产业的主体力量，为促进农业提质增效、农民就业增收发挥了重要作用。然而，农产品加工过程中会有大量的酒糟、薯渣、果渣、菌糠等副产物生成。据不完全统计，2020年全国各类糟渣副产物的产量接近6亿t，但综合利用率却不足40%。这些副产物资源富含蛋白质、碳水化合物(纤维素、半纤维素、淀粉)等多种物质，可用于提取功能活性物质(多酚、肽等)或生产动物饲料、生物肥料、生物能源(氢、甲烷等)、化工产品，利用潜力巨大[1]。

果渣、菌糠、薯渣、酒糟等大宗副产物不仅含水量高，而且营养物质丰富，不易长时间保存，露天堆放或处理不及时极易引发腐败变质和环境污染，短时间内如何及时、高效实现副产物转化利用是实际生产面临的关键问题。青贮发酵作为一种传统的微生态厌氧发酵技术，可以利用附着或外源添加的有益乳酸菌等微生物繁殖代谢产生有机酸，使发酵体系pH值快速下降并抑制腐败微生物，从而保存有机组分，实现长时间保质储存[2-3]。青贮发酵不仅能将糟渣类副产物制作成营养价值高、适口性好、便于消化吸收的动物饲料，同时还能缓解冬季饲料短缺等问题[4-5]。任海伟等[6]研究发现白酒糟与菊芋渣能在适宜比例条件下通过生化互补特性发挥协同效应实现优质青贮，获得良好的发酵品质。寇江涛等[7]认为添加纤维素酶、木聚糖酶能够提高水稻秸秆和白酒糟混合青贮的营养品质、养分消化率和饲用价值，且纤维素酶的添加效果优于木聚糖酶。朱飞等[8]认为在茶渣中添加麦麸和乳酸菌制剂可明显提高茶渣的青贮品质和养分含量，尤其在85%茶渣+15%麦麸的混合原料中添加100 mg/kg乳酸菌制剂可获得较优质的青贮茶渣饲料。魏海燕等[9]比较研究了马铃薯淀粉渣分别与玉米粉和燕麦草粉的混合青贮品质，发现马铃薯淀粉渣与玉米粉混合发酵后的相对饲喂价值更高，乳酸发酵强度较高。王玫丹[10]认为啤酒糟与玉米秸混合青贮能迅速降低发酵pH值，增加乳酸和乙酸含量，提高青贮有氧稳定性。SCHNEIDER等[11]也发现甜菜粕和啤酒糟混合青贮能获得良好的发酵水平。青贮发酵后的葡萄渣、苹果渣和茶渣对提高牛、羊、鱼等动物生产性能有积极作用[12-14]。

文献计量学是研究文献信息及其学科领域研究现状、热点与趋势的情报学科，通过文献资料的时空分析能对研究现状和发展趋势做出科学评价和预测，有着传统文献综述难以比拟的优势[15]。近年来，文献计量学已被广泛用于化学、农业、医药、生物、能源等学科发展的综合分析[16-17]。本文利用文献计量学方法，结合Web of Science(SCI-E)检索分析和中国知网CNKI(期刊)可视化分析，对青贮发酵在糟渣类食品加工副产物的利用现状及今后的发展态势进行客观分析和判断，以期更好地反映该领域最新研究态势和热点前沿，从而为从事相关研究的科研人员和机构提供参考。

1 数据来源与方法

1.1 数据来源

选择Web of Science (SCI-E)和中国知网(CNKI)期刊数据库作为数据来源。利用关键词、主题以及结合领域分类的方法，检索与糟渣类食品加工副产物青贮发酵研究相关的国内外论文，检索式确定如下：

Web of Science (SCI-E)使用的检索式：

使用高级检索，(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。

中国知网(CNKI期刊)使用的检索式：

使用高级检索，主题=(青贮)，并且篇名=(糟)或含(渣)，发表时间为2000—2020。

初步检索获得 CNKI 中文文献243篇，SCI-E 文献188篇，通过文献类型、Web of Science类别以及主题相关度进一步精简检索结果，最终对筛选的 CNKI 数据库中240篇期刊论文和 SCI-E 数据库中182篇文章进行分析。

1.2 分析方法

分析过程中使用的软件及平台有：(1)利用CiteSpace 软件5.8.R1版本，以文献中的关键词作为节点进行聚类分析、突显分析，设置相应的时间跨度及time slice。(2)将文献数据输出为纯文本格式，利用文献计量在线分析平台进行关键词分析。(3)利用Origin 2021、Excel 2019将相关数据绘制统计图。

2 结果与分析

2.1 年度发文量趋势分析

2.1.1 Web of Science(SCI-E)年度发文量趋势分析

2008～2020年SCI-E数据库中的文献年度发表趋势如图1所示。2008～2012年的发文量均低于12篇以下，且有一定波动；2012～2020年的发文量稳中有升，由拟合趋势线可预判2021年该领域的发文量将达到26篇。说明近10年来与糟渣类食品加工副产物的青贮发酵相关研究在国际上关注度越来越高，而且有关“不同比例糟渣类副产物与草本植物的混合青贮品质或动物生产特性”的技术研究日趋成熟。ALBA等[18]研究发现饲粮中添加2%的葡萄渣粉可提高奶羊的抗氧化和抗炎反应，改善奶羊品质。ARAJO等[19]将焙烤食品残渣与象草进行混合青贮发酵，能有效提高干物质回收率，更好地保存营养成分。可见，青贮发酵技术已经广泛用于各种糟渣类食品加工副产物的处理。

图1 SCI-E年度发文量趋势图Fig.1 The trends of publications in SCI-E

2.1.2 CNKI(期刊)年度发文量趋势分析

CNKI(期刊)数据库中的年度发文量如图2所示。在2000～2013年，年度发文量整体呈现上升趋势，在2013年达到峰值。2013年发表论文数为24篇，研究的青贮原料多为苹果渣、番茄渣以及水葫芦渣等[20-23]。在2014～2020年，年度发文量整体呈现下降趋势，青贮对象也多集中于果渣类原料。

图2 CNKI(期刊)年度发文量趋势图Fig.2 The trends of publications in CNKI (journal)

2.2 论文发表国家分析

对2008～2020年SCI-E数据库分析发现，巴西、中国和美国3个国家在该研究领域的发文数量相对较多，其中中国排在第2位，发表文献数量为33篇，占比为18.132%，但篇均被引数仅为9.45次/篇，居于第6位，说明我国学者的研究成果在国际认可度和国际影响力方面还有上升空间，研究人员应在该领域继续深耕，提供更有价值的研究成果。相反，尽管德国的文献总数排在世界第4位，但篇均被引数却是最高的，高达33.64次/篇(图3)，说明德国学者在此领域的研究成果备受国际认可，传播影响力相对较高。结合图4主要国家逐年发表论文数量可以看出，巴西、美国、印度、日本在该领域的起步较早，中国则因大宗固体废弃物综合利用、循环经济发展等政策因素，对食品加工副产物资源再利用的重视程度逐年提升，文献发表数量有后来居上之势。

图3 TOP10国家/地区的发文影响力Fig.3 Influence of publications in TOP 10 countries or regions

图4 TOP 10 国家的年度发文趋势Fig.4 The growth trends of the publications of 10 most productive countries

2.3 文献发表期刊的分布

期刊类型是按某一标准划分整体后所表现出来的期刊群体。一个学科的文献往往分布在多种类型的期刊上，这是由论文的学科性和期刊的报道内容所决定的[24]。而期刊分布在一定程度上反映着某一学科在文献表现方面的集中度，是评价学科发展水平的重要指标之一。

2.3.1 Web of Science(SCI-E)文献期刊分布

通过分析发现，SCI-E数据库中检索到的182篇文献分散发表在105种期刊。表1选取了论文发表数量排名前10的期刊进行分析，发现荷兰有3种期刊入选，其中影响因子最高的期刊是BioresourceTechnology(IF 9.642)，该期刊发表了10篇文章，多侧重于糟渣类副产物的青贮应用研究。另一方面，根据Web of science类别，有关糟渣类食品加工副产物青贮发酵的研究主题多集中在农学、兽医科学、生物技术应用、微生物学等学科领域，尤其农业方向多聚焦在动物科学，着重探究各种副产物青贮发酵后作为饲料对牛羊生产性能、消化率等方面影响[13,25]。

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

2.3.2 CNKI(期刊)文献期刊分布

通过CNKI(期刊)数据库的期刊分布分析，将发表文献排名前十的期刊进行统计，如表2所示。分析发现，该研究领域的论文多数发表在农业科技专辑、畜牧与动物医学专题，且与动物饲料、动物营养等期刊密切相关，说明食品加工副产物在青贮发酵处理后多用于动物饲料，大大丰富了饲料的来源和制作工艺。此外，动物营养学报是中国科技期刊卓越行动计划中的领军期刊，复合影响因子和综合影响因子均为最高，是动物饲料研究领域的高水平期刊之一。

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

2.4 论文发文机构的分布

2.4.1 Web of science(SCI-E)论文研究机构的分布

通过分析发文机构可了解各科研机构在此领域的学术水平、权威程度以及研究水平的差异性。表3统计了SCI-E数据库中文献发表数量排名前11的研究机构。由表3可知，中国农业大学研究成果集中且发文数量位居世界第一，其中MENG Q X(孟庆翔)，XU C C(徐春城)，ZHOU B(周波)，ZHOU Z M(周振明)是该机构的主要研究力量。黑龙江八一农垦大学和南京农业大学也位列其中。另一方面，加州大学戴维斯分校发表文献的篇均被引频次最高为29 次/篇，美国农业部和加州大学的篇均被引频次紧随其后，表明这3个机构的研究成果受到该领域学者的普遍认可，发表文献的影响力较大[26]。结合各国家/地区及机构之间的合作关系网络图分析发现，图5-a中各个国家和地区间伸出与接收的连线并不多，最多的在4～5条左右，图5-b中各结点分布均匀，未形成以某一机构为主的合作网络，说明该领域跨国家联系合作不太频繁，各机构间合作呈分散状。未来各个国家及机构间的合作交流研究应该进一步加强。

表3 SCI-E的研究机构(前11)Table 3 The 11 most productive research institutes of SCI-E

a-发文国家；b-发文机构图5 各国家及机构之间的合作关系Fig.5 Mapping knowledge domain of countries and institutes cooperation

2.4.2 CNKI(期刊)论文研究机构的分布

由排名前10的CNKI 论文研究机构分布(表4)可知，我国相关研究机构主要集中在高等学校。其中，西北农林科技大学发文数量排名第1，占比为7.00%；其次为河北农业大学、新疆农业大学和甘肃农业大学，分别发表文献数为12、10和9。值得注意的是，排在前4位的高校中有3所处在西北地区，这可能是因为甘肃、新疆都属于我国著名的五大牧区之一，农产品资源也相对丰富，畜牧养殖业的快速发展使动物对饲料的需求旺盛，使得农产品或食品加工副产物在动物饲料转化途径的应用方面更具优势。

表4 CNKI的研究机构(前10)Table 4 The 10 most productive research institutes of CNKI

2.5 关键词分析

关键词聚类分析是以关键词共现分析为基础，将关键词共现网络关系通过聚类统计学的方法简化成数目相对较少聚类的过程[27-28]。通过关键词聚类分析的方法对糟渣类食品加工副产物青贮发酵领域的研究热点进行分析，可以探求该领域的研究热点主题。

2.5.1 Web of Science(SCI-E)关键词分析

利用文献计量在线分析平台进行关键词分析，每个色块代表不同的关键词，色块的大小代表关键词数量的多少。由图6可知，随着时间的推移，关键词种类在不断增加，从副产物青贮发酵，作为青贮饲料后在动物中的消化率，到最后副产物(如番茄渣、苹果渣)的青贮发酵品质，包括有氧稳定性、营养价值以及在动物体内的消化率。

图6 SCI-E关键词分析Fig.6 SCI-E keyword analysis

2.5.2 CNKI(期刊)关键词分析

通过运行CiteSpace软件，设置节点类型为关键词，具有主题相似性的关键词被归为一类，得到如图7所示关键词聚类网络图谱。具体聚类所含标签词如表5所示。图中呈现了“苹果渣”、“发酵品质”、“饲喂奶牛”、“啤酒糟”、“甜菜渣”、“生长性能”、“营养成分”、“发酵生产”8个聚类，反映了糟渣类食品加工副产物青贮发酵领域的研究热点。进一步分析，水分含量较高的苹果渣、甜菜渣和啤酒糟等副产物适宜通过青贮发酵进行转化利用，而且评价和研究青贮(单一或混合)对发酵品质、动物生产性能以及青贮质量影响仍是学者关注的热点。

表5 关键词共现网络聚类表Table 5 Keyword co-occurrence network clustering table

图7 CNKI关键词聚类网络图谱Fig.7 The keyword clustering knowledge map of literatures in CNKI

由图8可知，在2000～2009年一直突现的突现词为“青贮窖”、“饲喂奶牛”，也间断突现“青贮饲料”“青贮原料”“玉米秸”“苹果渣”等关键词；2008～2011年的突现词为“甜菜渣”；2012～2017年间的突现词为“番茄渣”；2014～2018年的突现词为“马铃薯渣”。突现词是某一个时间段内被引频次突然增多的关键词，可以用来反应某一时间段内的研究趋势，说明近年来果蔬加工副产物的青贮发酵研究较为集中，受到学者们的广泛关注。

图8 CNKI关键词突现图(前9)Fig.8 Knowledge map of the top 9 burst terms with the strongest citation bursts in CNKI

3 结论与讨论

基于文献计量学方法，结合2000～2020年中国知网(CNKI期刊)数据库和2008～2020年SCI-E数据库分析结果，国内外相关研究主要集中在青贮(单一或混合)制备高品质动物饲料、不同种类副产物与秸秆等大宗废弃物的青贮过程调控、副产物青贮后对动物生产性能、动物产品质量的影响等方面。其中，苹果渣、番茄渣、葡萄渣、甜菜渣等含糖量较高的副产物研究相对广泛，这些物质对青贮发酵启动和品质提升具有积极作用。尽管目前国内外学者在该领域的研究成果很多，但由于副产物种类多、资源量大等特点，整体综合利用率仍然偏低，继续深入研究副产物经青贮发酵后的二次梯级利用更为迫切，尤其是从种类搭配、混合比例、过程调控等方面研究如何提升副产物青贮后的饲用价值和营养消化率，以及青贮在高端宠物饲料、生物能源(乙醇、沼气等)等产业的拓展将会是未来极具潜力的发展方向。总之，青贮技术对糟渣类副产物的综合利用具有积极促进作用，研究内容和发展潜力还有很大的增值空间。