基于CiteSpase的花生壳—花生脱壳可视化分析

刘志侠 吴国振 王京 张延化 何凤宇 陈伟洲

摘要：

花生脱壳技术决定脱壳产物—花生仁与花生壳的加工品质，花生壳的应用日趋广泛，探析其研究现状和发展趋势，对促进花生产业发展至关重要。运用CiteSpace软件对2012—2022年Web of Science核心合集数据库相关文献进行可视化分析，并结合文献研究法对相关文献的具体内容进行总结与展望。研究结果表明：花生壳应用的研究热度和重视程度呈迅速上升趋势；研究学者之间合作紧密；中国和美国是主要发文国家，中国科学院和美国农业部是主要发文机构；花生壳、脱壳、活性炭等关键词受到高度关注；从发展趋势看，机械性能、响应面分析、重金属吸附、生物油、有效去除、氧化物等研究是未来的热点；花生壳与花生仁的应用研究具有同等重要的地位。为获得高品质的花生仁与花生壳，应该从花生收获、清选、干燥、储藏、品质分级、脱壳加工等多个环节进行技术创新，为其应用提供更好的质量保障。

关键词：花生壳；花生脱壳；可视化分析；CiteSpace

中图分类号：S226.4

文献标识码：A

文章编号：20955553 （2023） 12012908

Visualization analysis of peanut shell and peanut shelling based on CiteSpase

Liu Zhixia1， Wu Guozhen1， Wang Jing1， Zhang Yanhua2， He Fengyu1， Chen Weizhou1

（1. College of Engineering， Shenyang Agricultural University， Shenyang， 110161， China；2. Nanjing Institute of

Agricultural Mechanization， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Nanjing， 210014， China）

Abstract：

Peanut husking technology determines the processing quality of peanut kernel and peanut shell. The application of peanut shells is becoming more and more widespread. Exploring the research status and development trend of peanut husking technology is essential. The CiteSpace software was used to visually analyze the literature related to the core collection database of Web of Science from 2012 to 2022， and the specific content of the literature was summarized and prospected in combination with the literature research method. The results showed that the research popularity and importance of the application of peanut shells were increasing rapidly. Close collaboration among researchers： China and the United States are the primary authors， and the Chinese Academy of Sciences and the United States Department of Agriculture are the primary authors. The keywords such as peanut shell shelled and activated carbon are highly concerned. From the perspective of development trends， mechanical properties， response surface analysis， heavy metal adsorption， biological oil， effective removal， oxides， and other studies are the hot spots in the future. The application research of peanut shells and peanut kernels is equally essential. In order to obtain high-quality peanut kernel and peanut shell， technical innovation should be carried out from the aspects of peanut harvesting， cleaning， drying， storage， quality classification， husking processing， etc.， to provide better quality assurance for its application.

Keywords：

peanut shell; peanut sheller; visual analysis; CiteSpace

0 引言

花生是一种重要的经济作物和油料作物，具有高油、高蛋白的特点，是人们日常生活中不可或缺的食品原料［15］。据统计，中国花生种植面积、产量和出口量均居于世界前列，花生油产量在中国油脂产量中占有重要地位。

花生荚果由花生壳和花生仁构成。花生仁主要用于榨油、制作各类花生食品，具有一定的医疗功效；花生壳可以作为优良肥料，通过土壤改良提高土壤肥力和水分保持量，促进农作物生长发育［610］，也可用作优质动物饲料、燃料，以及制造颗粒板、木质活性炭等工业原料。

花生无论应用于哪个方面，均需要将花生荚果进行壳仁分离处理。目前，花生脱壳设备在应对不同的使用需求上，其功能已经能够实现，但脱壳技术指标依旧不理想，即脱净率较低、破损率较高。几乎所有脱壳设备的研发更注重花生仁的脱壳质量，而花生壳的质量并没有作为脱壳设备研发的技术指标［1115］。花生壳应用领域十分广泛，所以在脱壳设备研发时花生壳的质量也应引起重视［1617］。

有关花生壳应用研究方面的文献与日俱增，为更好地研究花生壳的应用情况，可以采用信息可视化技术进行研究。信息可视化技术是近年来在科学计量学、知识计量学领域兴起的一种重要的研究方法和手段，也是常用的数据挖掘方法之一，应用可视化技术能够获得理想的模型和结构，解决文献数据量过大、无法快速、有效归纳总结规律的情况；同时可视化数据挖掘可以更好地观察、筛选、发现和理解信息［1822］。

基于此，本研究采用CiteSpace软件对Web of Science数据库中关于花生壳的相关文献进行可视化研究，对发文量、发文作者、发文机构、发文国家、关键词等数据进行分析，为后续研究提供数据支持。

1 数据与方法

1.1 数据来源

本研究文献选自Web of Science（简称WOS）的核心数据集。检索主题为“peanut shelling”、“peeling peanuts”、“removing peanut shell”、“peanut off shell”、“peanut shaking”，连接符用“or”，文献类型选择“Article”，语种选择“English”，检索时间跨度为2012—2022年，检索时间是2023年4月19日，共检索到1 347篇文献。

1.2 研究方法

可视化分析方法通过图形化展示数据特征和趋势，帮助人们更好地理解数据、发现关系和规律，进而展开深入分析和决策。本文采用可视化分析手段，对花生壳应用的相关研究进展情况进行探究，用以明确本领域相关学者进行的热点问题以及研究思路的梳理。

CiteSpace软件是应用广泛的一种分析手段，其基本功能有：导入相应数据格式、对数据进行处理、数据筛选、分析对象、数据分析功能、有多种分析方法、可视化展示、聚类展示等功能。总的来说，CiteSpace能够将文献间的相互关系，用科学的方式以科学知识图谱的形式展现出来，可以系统地展现出一个问题相关研究的最早时间，可以为刚介入某一领域的学者快速找到热点问题并找到解决问题的方式［2324］。为保证数据的准确性和可靠性，使用CiteSpace6.2.R2软件进行去重，最终获得有效文献1253篇作为研究样本。

2 结果分析

2.1 年度发文量与被引情况分析

论文发表数量与被引文献数量的变动，能够从某种程度上反映出该学科的发展动向与专家学者对本学科的关注［25］。发文量不仅表征了相关学者对花生壳研究的关注程度，还侧面反映了总体发展情况。

2012—2022年花生壳应用的研究领域发文数量与被引用文献数量变化情况，如图1所示。从发文数量上看，2012年发文48篇，2022年发文214篇，10年间增长了3.45倍。除了2014年发文量比2013年略有下降，其他年份均呈现稳定上升趋势；从被引频次看，2012年被引18篇，2022年被引6967篇，10年间增长了386倍。随着花生产业的快速增长，花生壳的价值越发凸显，引发了全球对花生壳利用方面的深入研究。

2.2 发文作者分析

论文作者图谱共现可以确定某一学科或领域的核心作者以及他们之间的合作程度和相互引用关系。时间切片（Time Slicing）和k值是图谱中用于分析和可视化时变性网络参数。时间切片是指将一个时间段划分为多个连续的时间段，每个时间段包含一组相关的文献或节点。通过时间切片，可以观察和比较不同时间段的网络结构和演化趋势，以揭示研究领域的发展和变化。k值是指在时间切片中考虑时间段的数量。较小的k值意味着将时间切片为更多的小时间段，可以更详细地观察网络的时变性。较大的k值意味着将时间切片为更少的大时间段，可以更全面地观察网络的演化趋势。本文时间选取为2012—2022年，时间切片为1，k值设为16。

对WOS核心引文数据库中花生壳发文作者合作情况进行图谱分析（图2）显示，共有413个节点，530条线条，网络密度为0.0062，节点越大表示作者出现的频次越多。表1为发文量前20的作者，出现次数最多的作者是Guo Feiqiang，达到了8次。另外还有Ismail、Jiang、Lin、Zaaba、Bao、Wang、Chang、Bi等作者发文次数为7次，Wang Zhenyu、Jiang Xuedan、Wang Xin、Duan Feng、Liu Guocheng、Zheng Hao、Cao Xinde、Jiang Xiaochen、Qian Lin发文次数为6次，Li Hongsen、Manyala等发文次数为5次。

由图2作者合作网络知识图谱可知，花生壳的研究学者们之间合作较为紧密，出现多个作者集群［26］，以Guo Feiqiang、Jiang Xiaochen、Qian Lin等团队主要研究以花生壳为原料合成多孔碳［27］；以Chen Lei、Wang Zhenyu、Liu Guocheng等为代表的团队主要研究原料和固有矿物成分对生物炭抗氧化性的影响等［28］。

2.3 发文机构与发文国家分析

发文机构和发文国家能够更好地反映花生壳研究的主要力量和世界各国的主要研究成果。发文量在5篇以上的机构有52个，占总量的21.94%。排名前五的是中国科学院（73篇）、美国农业部（31篇）、农业和农村事务部（28篇）、中国农业科学院（26篇）、郑州大学（20篇）。这些机构主要分布在中国、美国、印度、埃及等国家。

采用CiteSpace6.2.R2绘制发文国家网络的知识图谱，如图3所示。知识图谱中常采用中心度作为指标来衡量一个节点在网络中的中心性或重要性［29］，是基于节点连接模式和网络结构计算，数值越大，越重要。发文量前10的国家如表3所示，中国是花生壳研究最多的国家，涉及花生壳研究的达到656篇，中心度为0.21；其次是美国（147篇）、印度（110篇）、巴基斯坦（73篇）、巴西（59篇）、土耳其（55篇）、澳大利亚（38篇）、韩国（38篇）、马来西亚（30篇）、沙特阿拉伯（27篇）。由中心度排在前5的国家可知，美国是中心度最大的国家，中心度为0.45；其次是英国，中心度为0.23；然后是印度（0.22）、中国（0.21）、法国（0.18）。中国与美国、印度、巴西、加拿大、法国等多个国家联系交流较多。

2.4 关键词共现分析

高频关键词一般是文章研究思想核心内容的浓缩与提炼，在CiteSpace中高频度出现的关键词反映了该领域的研究热点［30］。在高频关键词中常采用Q值（Quality）和S值（Significance）进行衡量，Q值表示关键词的质量，通过计算关键词在图谱中的出现频率和期望频率之间的差异来衡量，出现频率高于期望频率，Q值则越高，表明其在研究中具有较高的重要性。S值表示关键词的显著性，通过计算关键词在图谱中的聚类程度和随机分布之间的差异进行衡量，关键词在图谱中的聚类程度高于随机分布，S值越高，表明其在研究中具有较高的显著性。通过对花生壳研究文献进行关键词共现（图4）可知，图谱中有317个节点，952条链条，网络密度为0.019，模块化Q=0.926 2，剪影S=1。本研究中Q＞0.3，S＞0.7，所以该图谱关键词显著并令人信服。表4为2012—2022年出现频次大于70次的10个关键词，其中花生壳（peanut shell）、花生去皮（removal）、活性炭（activated carbon）、吸附（adsorption）、水溶液（aqueous solution）频次高达100次以上，中心度依次为0.19、0.05、0.07、0.11、0.02，且出现年份较早，中心度较高，较好地体现了花生壳的应用，重点用于研制活性炭与电极；生物量（biomass，0.07）、性能（performance，0.09）、动力学（kinetics，0.05）等关键词排在前10。

由图4可知，花生壳（peanut shell）、吸收（adsorption）、纤维素（cellulose）节点外面有一圈紫色，这代表着该关键词是近几年的研究热点，表示更多学者关注此方面的研究。节点越大，关键词出现的频次就越高，不同颜色代表不同年份，连线粗细代表关键词之间的关系是否紧密。

2.5 关键词聚类分析

关键词聚类是指将文献中的关键词按照其相似性进行分组的过程［31］。为了进一步归纳以上热点，关键词聚类能够更好地体现出研究的重点问题，时间选取2012—2022年，时间切片为1，Nodes Types选择关键词，k=16，切片方式设置为purning，purning sliced networks，绘制关键词聚类知识图谱（图5）。该聚类模型模块化Q=0.5009（Q＞0.3），剪影S=0.7886（S>0.7），表示聚类有效且可信度高。聚类标签体现了花生壳研究最为中心的主题。通过关键词生成的七个聚类为吸收（58次）、去壳（35次）、阳极材料（34次）、催化裂解（33次）、污泥（33次）、花生壳（32次）、能量储存（28次）。

聚类#0为吸收（adsorption），主要内容是花生壳（peanut shell）、六价铬（hexavalent chromium）、吸收（sorption）等。评价了固态发酵花生壳生产有益漆酶及其染料吸附性能的影响［32］。聚类#1为去壳（shell eggs），主要内容是高油酸花生、带壳花生、替代家禽饲料成分等。花生壳的主要成分是粗纤维、粗蛋白、粗脂肪、双糖、还原糖、淀粉等，所以将花生壳粉碎，可以用于家禽的饲料［33］。聚类#2为阳极材料（anode material），主要内容是花生壳、多孔碳、电化学性能等。以花生壳为原料，合成了应用于锂离子电池负极的氮掺杂碳［34］。聚类#3为催化裂解（eatalytic pyrolysis），主要内容是重金属、催化裂解、食用菌等。采用改性斜发沸石研究了花生壳的原位催化热解；探索壳体的常规热解来量化生物油的脱氧程度。使用了从天然斜发沸石中获得的两种固体催化剂：一种保留了大部分天然阳离子，另一种经过离子交换处理以形成布朗斯特德酸位点［35］。聚类#4为污泥（sewage sludge），主要内容是污水污泥、亚甲基蓝、机理功能等。基于热重分析获得的污泥和花生壳在燃烧和热解过程中的质量损失数据，建立人工神经网络模型对试验结果进行预测。研究混合比和温度对燃烧和热解的影响［36］。聚类#5为花生壳（peanut shells），主要内容是花生壳、箱形设计、生物乙醇生产等。由于机械和花生特性涉及众多影响因素，因此提高小农户的花生壳性能具有挑战性。试验采用Box-Behnken设计和响应面法对花生荚果进行干湿预处理，单因素试验、多因素耦合、建模和显著性分析、响应面分析和系统优化结果可知，干湿处理能够有效调节花生荚果与花生仁之间的水分差异，有助于降低机械损伤率提高壳效率［37］。聚类#6为能量储存（energy storage），主要内容是原位聚合、可再生资源、热性能和化学改性等。合理利用生物质废弃物创造锂离子电池等新型清洁能源，有利于缓解能源危机，促进环境保护。以花生壳为碳源，通过基于水热处理和热解的生态环保和简便方法，成功制备了多级多孔结构复合材料。当用于锂离子电池时，该材料表现出比原始材料和花生壳衍生碳更好的储锂性能。不仅有利于提高导电性，而且能够缓冲充放电过程中锂化或脱锂引起的体积变化［38］。

2.6 关键词突现分析

关键词突现是指在文献中某个特定关键词或短语的出现频率和集中度较高，与其他关键词相比更为突出。关键词突现是为了更好地识别学科研究的最新发展动态，并对研究领域的发展趋势进行预测［39］。对关键词出现频率的变化进行分析，相对于单纯高频率关键词，突现关键词更适合探索新的趋势和新的科学发展方向。为更好地预测花生壳在未来的演变动态和发展趋势，在高频关键词的基础上，利用CiteSpace6.2.R2软件控制中心的Burstness分析功能，对花生壳研究领域近十年的关键词进行处理，得到关键词突现知识图谱（图6）；Burstness分析功能是指对文献中的关键词进行时间分析，以识别出在某个时间段内出现频率显著增加的关键词。其中，Keywords是关键词，Strength代表关键词的突现强度，Begin代表关键词首次突现的年份，End代表关键词突现状态结束的年份，蓝色线段是选取的时间段，红色线段表示时间段内该关键词处于突现状态。

由图6可知：（1）2012—2019年的研究前沿主要集中在碳、存储、介电性能、吸附重金属、净化、阳极材料、木质素、有机物质、机械性能等方面。其中，活性炭和机械性能突现强度最高，达到4.39和4.38。这一时期研究者多数探究以花生壳为原料制作活性炭、电解质等。花生壳含有大量木质素和纤维，是制取活性炭的优质原料。活性炭用途甚广，用于糖液、油脂、药剂等脱色净化，气体的吸收、分离和提纯，也可用作催化剂或催化剂的载体等［4044］。（2）2019—2022年的研究前沿主要集中在氧化石墨烯、纳米片、响应面分析、生物油、有效去除、氧化物。随着科技发展，利用更多的技术使得利用效率最大化。有研究表明，利用花生壳可制备石墨烯电容器等高性能储能器件［4553］。

3 结论与展望

1） 从研究现状看，年发文量和被引情况呈逐年增加趋势，未来几年关于花生壳应用领域的研究成果仍会不断增加。网络合作作者方面，越来越多学者关注该领域的研究。从发文机构和发文国家看，中国科学院和美国农业部是发文最高的两个机构，中国和美国是发文最多的两个国家。

2） 从高频关键词方面看，花生壳、脱壳、活性炭受到研究者的高度关注。从关键词聚类方面看，花生壳研究的集群目前主要针对利用花生壳制作阳极材料、进行催化裂解反应、对花生壳的能量储存情况进行探讨。从关键词突现方面看，未来研究热点主要集中在机械性能、响应面分析、重金属吸附、生物油、有效去除、氧化物等方面发展。

基于以上结论，未来应该把目光集中在以下三个方面：（1）对于花生壳与花生仁的应用研究具有同等重要的趋势。花生仁用于榨油和制作各种花生制品的地位不可动摇；花生壳的应用已经从用于肥料、饲料等方面向阳极材料、炭材料、重金属吸附性能研究、可再生资源的探索、介电性能的试验等方面扩展，其应用越来越广泛。（2）随着花生仁、花生壳应用面的不断扩展，对花生荚果的品质也提出了更高要求。为了获得高品质的花生仁与花生壳，需要从花生收获、清选、干燥、储藏、品质分级等多个环节进行严格把控，获得高质量的花生荚果。进而通过脱壳加工获得高品质的花生仁与花生壳，为其应用提供更好的保障。（3）为了获得高品质的花生仁与花生壳，需要进一步改进现有的机械脱壳方法。提高脱净率、降低花生仁破碎率的同时，加装花生壳收集装置，便于花生壳的收集与应用。

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