基于文献计量的乳酸菌细菌素研究态势分析

邹旖旎，刘珊娜

天津农学院 食品科学与生物工程学院（天津 300392）

乳酸菌（Lactic acid bacteria，LAB）是指发酵糖类主要产物为乳酸的一类无芽孢的革兰氏阳性细菌的总称[1]。乳酸菌对调节胃肠道的菌群平衡发挥着很大功效[2]，同时具有改善机体免疫功能、提高免疫力、抑制杂菌生长的作用[3-4]。乳酸菌细菌素是由乳酸菌在代谢过程中合成的一类具有杀菌作用的蛋白质或多肽类物质[5]。乳酸菌细菌素具有较好的耐热性、耐酸碱性[6]、安全性高、无污染、不产生耐药性[7]、生产方式多样等特点[8-9]，因此应用于多种食品的防腐保鲜如肉制品[10]、乳制品[11]和果蔬制品[12]，亦可将其应用于生物医药领域，进行药物开发[13-14]，亦应用于畜牧养殖中，提高动物免疫力[15]。同时乳酸菌也是全球公认的安全菌株，将乳酸菌细菌素应用于食品工业和饲料工业中，对保障食品安全有着重要的意义[16-17]。

乳酸菌细菌素可根据氨基酸的理化结构及性质进行分类[18]，包括羊毛硫抗生素（Class Ⅰ）、热稳定的不含羊毛硫氨酸残基的膜活性多肽（Class Ⅱ）、热不稳定的大分子蛋白类细菌素（Class Ⅲ）和复合细菌素（Class Ⅳ）[19]，其中以Class Ⅰ和Class Ⅱ为主[20-21]。I类细菌素分为两类：A类为带正电荷且具有疏水基团的两亲性螺旋状肽链；B类分子量较小，含有很多小型环状结构，不带电荷。A类细菌素中的乳酸链球菌素（Nisin）是一种具有天然生物活性的抗菌肽，能有效地抑制包括食品腐败菌和致病菌在内的许多革兰氏阳性菌，也是被普遍允许用作食品添加剂的细菌素[22]。Ⅱ类细菌素[23]是一类热稳定、未修饰的小肽，分为4类：Ⅱa类（类乳酸片球菌素细菌素）是Ⅱ类细菌素中的主要亚种，对李斯特菌属（Listeriasp.）具有明显抑制作用，氨基酸序列的相似性在40%～60%，在维持肠道微生态平衡、抑制病原微生物生长、激活酸性蛋白酶活性、调节机体新陈代谢等方面发挥作用[24]；Ⅱb类（双肽、未修饰细菌素）是由两个不同的肽组成一个具有抗菌活性的络合物；Ⅱc类（环状细菌素）通常是N端和C端以共价键连接形成环形结构的肽；Ⅱd类为未修饰的线性非类乳酸片球菌素细菌素。

文献计量学是指结合数学和统计学的方法，对一切知识载体进行定量分析的交叉科学[25]。基于文献数据特征，采用数学和统计学方法来研究文献分布结构、数量关系及其变化规律，从而评价和预测科学技术的研究现状与发展趋势[26]。文章基于Web of Science核心合集数据库，采用文献计量学的方法和可视化分析技术从文献数量、国家/地区影响力、研究机构、研究领域、研究热点等多角度归纳总结2002——2021这20年间乳酸菌细菌素研究态势，以期为乳酸菌细菌素的后续研究提供文献参考。

1 材料与方法

1.1 数据来源

文章数据来源于Web of Science核心合集数据库，通过Web of Science平台的Science Citation Index Expanded（SCI-E）数据库，采用主题检索的方法[27-29]，以lactic acid bacteria bacteriocin为主题对2002——2021年间发表的乳酸菌细菌素相关文献进行检索，并在此基础上将文献类型限定在论文（Article）和综述论文（Review Article），最后共得到2 059篇文献用于文献计量分析。

1.2 研究方法

利用Web of Science平台自有的分析功能和CiteSpace（6.1.R2版）可视化软件，借助文献计量在线分析平台（https://bibliometric.com/app）对得到的2 059篇文献进行分析。从文献发表数量、国家/地区发文量及合作关系、研究机构、研究方向等方面进行分析，并预测该研究领域的发展方向和前景变化。

2 结果与分析

2.1 年度文献数量变化分析

2002——2021年文献发表量总体呈上升趋势，由2002年的75篇增长到2008年的116篇，除2016年出现明显下降之外，2008——2021年的文献发表数量均在百篇以上，其中2020和2021年的发文量排名第1和第2（图1），表明现阶段该领域研究热度较高，具有良好的发展态势。2002年发文量排名前3的国家是法国、西班牙和美国，中国尚无相关论文发表。而2021年中国以25篇的发文量位居全球首位，意大利和巴西排在第2和第3位。图2是发文量排名前5国家发文量统计，可以看到中国的排名呈现快速上升趋势，该领域研究取得明显进展。

图1 2002——2021年乳酸菌细菌素研究发文量趋势图

图2 2002——2021年乳酸菌细菌素研究发文量前5国家发文量趋势图

2.2 国家/地区发文量及合作关系分析

图3是2002——2021年各国家/地区在乳酸菌细菌素研究领域的关系网，全球共有94个国家/地区开展了相关研究，发文量在5篇以上的国家/地区有53个。从图中各国家/地区交叉连接产生的模块来看，各国家/地区之间连线密集复杂，说明不同国家/地区之间存在较多的合作关系，中国、巴西与其他国家合作密切，研究交流频繁。图4是2002——2021年间发文量排名前10的国家/地区，依次为西班牙、巴西、印度、中国、法国、日本、美国、意大利、韩国、加拿大，发文量分别占总发文量的10.30%，8.65%，8.50%，7.73%，6.65%，6.07%，5.63%，5.34%，5.10%和4.18%。

图3 2002——2021年全球范围内各国家/地区之间的合作关系示意图

图4 2002——2021年乳酸菌细菌素研究领域发文量排名前10的国家/地区

2.3 文献研究机构分析

2002——2021年共有1 517个机构参与文献发表，其中论文发文量排在前10名的文献所属机构共发文591篇，占该研究领域总文献数量的28.70%。发文量排名第1的圣保罗大学共发文97篇，占总发文数量的4.71%。这10个机构中有6个为各国高校，4个来自研究机构。

文章的被引用次数是文献计量学中衡量论文质量和影响力的一个重要指标。表2中比较了各机构所发论文的引用频次。南非斯泰伦博斯大学的总被引用次数为1 389，排名第1，排在第2和3位的是日本九州大学和巴西圣保罗大学。在平均被引用次数上，比利时布鲁塞尔自由大学排名第1，其次为西班牙哈恩大学和南非斯泰伦博斯大学。排名前10的机构中尚无中国的研究机构，说明中国在发文的影响力上仍有进一步上升的空间。

表1 2002——2021年乳酸菌细菌素研究领域发文量前10名的机构

表2 2002——2021年乳酸菌细菌素研究领域发文总被引用次数排名前10的机构

2.4 发文期刊分析

将2 059篇文献根据来源出版物进行检索分析，这些文献来源于399个出版物。表3为发文量前10位的出版物分布情况，累计发文总量632篇，占总发文量的30.85%，文献投稿期刊刊物较为集中。International Journal of Food Microbiology的总被引用次数最高，达到1 699次，平均被引用次数也最高。发文量排名前10的出版物的出版国家较为集中，其中英国5本，美国2本，荷兰、瑞士、意大利各1本。根据JCR分区[30-31]，排名前10的期刊中Q1区有5个，Q2区有3个，Q3区有2个，出版物的JCR分区相对靠前。

表3 2002——2021年乳酸菌细菌素研究领域发文量前10位的出版刊物分布情况

2.5 研究热点分析

2.5.1 研究方向分析

乳酸菌细菌素的研究方向分布于49个研究领域，微生物学领域以858篇论文的发文量位居第1，占总文献量的41.67%，是乳酸菌细菌素的主要研究方向（表4）。食品科学技术、生物技术与应用微生物学方向分别以780和752篇的发文量排名第2和第3位，各自占比37.88%和36.52%。其他学科的占比均低于10%，说明这3个研究方向体现了乳酸菌细菌素的主要研究领域。

表4 2002——2021年乳酸菌细菌素研究领域发文量前10位的研究方向统计表

2.5.2 关键词分析

历年关键词数量变化如图5所示。2002——2021年间出现次数最多的前5个关键词排序依次为bacteriocin（细菌素）、lactic acid bacteria（乳酸菌）、bacteriocins（细菌素）、Listeria monocytogenes（单核细胞增生李斯特菌，简称单增李斯特菌）、antimicrobial activity（抗菌活性），其中包含前3个关键词的论文总数占总发文量的68.17%。

图5 2002——2021年乳酸菌细菌素关键词数量变化图

图6为利用CiteSpace绘制的关键词共现图[32]，共有220个节点，1 548条线。关键词频次排名前10的是乳酸菌（lactic acid bacteria）、细菌素（bacteriocin）、纯化（purification）[33-34]、单增李斯特菌（Listeria monocytogene）[35]、菌株（strain）、鉴定（identification）[33]、乳酸乳球菌（Lactococcus lactis）[36]、乳酸链球菌素（Nisin）[37]、生长（growth）[38]、抗菌活性（antimicrobial activity）[37-39]。乳酸菌以1 472的出现频次排名第1，细菌素以1 082的出现频次排名第2。乳酸菌中多个种属可以产生细菌素，研究较多的如乳酸乳球菌和乳酸链球菌等，通过对不同来源产细菌素乳酸菌的分离筛选、鉴定及细菌素活性测定，能够为开发具有应用前景的生物防腐技术提供基础[39-42]。由于食源性致病菌单增李斯特菌对多种乳酸菌细菌素都敏感，常作为指示菌进行抑菌试验。乳酸菌细菌素可用于单增李斯特菌的生物防腐，在食品安全中发挥重要作用，也是研究的热点方向[43]。

图6 2002——2021年乳酸菌细菌素领域关键词共现图

2.5.3 研究热点变化分析

用CiteSpace可视化分析软件对2002——2021年乳酸菌细菌素领域进行分析，得到排名前20的突现词（表5）。突现词的突现度越高表明学术关注度越突出，越能代表该时间段内最新研究动态及发展趋势。通过追踪突现词的变化来反映这个领域主题在不同时间段的变化趋势。这些突现词分别为nucleotide sequence（核苷酸序列）、Gram-positive bacteria（革兰氏阳性菌）[44]、cloning（克隆）、plasmid（质粒）、Carnobacterium piscicola（栖鱼肉杆菌）、pH（酸碱度）、Class Ⅱa bacteriocin（Ⅱa类细菌素）[45]、sec dependent bacteriocin（sec依赖性细菌素）、Pediococcus acidilactici（乳酸片球菌）、cheese（奶酪）、Lactobacillus curvatus（弯曲乳杆菌）[46]、spectrum（谱）、Listeria monocytogenes（单增李斯特菌）、survival（存活）、Enterococcus faecali（粪肠球菌）、peptide（多肽）、resistance（抗性）[47]、biofilm（生物膜）[48-49]、quality（质量）、fermented sausage（发酵香肠）。从中可以发现2002年关键词集中在cloning（克隆）、Class Ⅱa bacteriocin（Ⅱa类细菌素）、sec dependent bacteriocin（sec依赖性细菌素）、pH（酸碱度）、plasmid（质粒）、nucleotide sequence（核苷酸序列）、Gram-positive bacteria（革兰氏阳性菌）等方面，而近年来resistance（抗性）、biofilm（生物膜）等方向成为研究前沿和热点。研究发现乳球菌、乳杆菌、片球菌等乳酸菌产生的细菌素能够以剂量依赖性方式有效抑制常见致病菌如单增李斯特菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌和大肠杆菌等的生物膜形成[49-51]，未来有望开发成为具有广泛应用性的抗生物膜制剂。通过对诱导产生的乳酸菌细菌素抗性菌株进行研究，能够更加全面地了解细菌素抑菌机理，阐明细菌素的作用机制，为其在食品中的应用提供理论依据，也为后续相关研究提供参考[52]。

表5 2002——2021年间乳酸菌细菌素研究领域排名前20的关键词突现图

3 结论与展望

以Web of Science核心合集数据库SCI-E中关于乳酸菌细菌素研究领域2002——2021年2 059篇相关文献作为数据源，借助CiteSpace可视化软件和文献计量在线分析平台进行计量分析。分析结果表明：

1) 乳酸菌细菌素的发文量稳步提高，具有良好的发展前景和研究热度，中国在该领域的发文量呈直线上升，2021年达到25篇，位列该研究领域的首位，说明中国在该领域的研究发展迅速。

2) 西班牙以10.30%的占比排名全球总体发文量第1。从发文机构的影响力来看南非斯泰伦博斯大学的总被引用次数最高。从发文机构来看，巴西的圣保罗大学、法国国家农业食品与环境研究院、爱尔兰的科克大学是发文量排名前3的学术机构。

3) 从发文期刊来看，发文量较大的期刊主要有International Journal of Food Microbiology、Food Control、Journal of Applied Microbiology等，说明乳酸菌细菌素的研究主要围绕微生物和食品领域。近年来，其他研究方向发文量也逐年增多，跨领域、多方位的合作模式正逐渐形成。核苷酸序列、革兰氏阳性菌和生物膜是突现强度最高的关键词，乳酸菌细菌素抗性和对致病菌生物膜的抑制等研究是现在关注的热点。

乳酸菌资源丰富，随着传统应用方法的不断优化和现代生物学技术的高速发展，乳酸菌细菌素应用领域将进一步扩展。从多方位深入解析细菌素的抑菌机理，将会对其在实际生产中的应用起到积极的推动作用。乳酸菌细菌素已经得到许多国家和不同领域研究者的关注，这将会输入更大的技术和理论支撑，对多领域的深入研究具有重要意义。