基于Cite Space可视化分析技术的食醋微生物多样性与风味物质变化研究

叶晓婷，刘稼鑫，余永建，朱圆圆，于 振，韩 冬，刘 鹏，王玉芹，王 珂

（江苏科技大学粮食学院，江苏镇江 212100）

食醋的风味品质与发酵过程中的微生物代谢密切相关。近二十年来，国内外专家学者关于食醋酿造过程的微生物菌群动态分析、食醋风味组成做了不少的研究，也开展了许多关于酿造过程中风味物质与微生物菌群相关性研究。目前食醋微生物多样性与风味物质变化领域的研究成果丰硕，通过对该领域的发文量、高频关键词、被引文献、施引文献及学科流向进行计量学分析，可以客观展现该领域内研究热点的变迁和发展趋势，系统梳理该领域的技术、机理和应用现状，有利于创新研究思路和方法[1]。因此，本文运用Cite Space可视化软件（Cite Space 5.7.5.1），以Science Citation Index（SCI）收录的2001～2021年食醋微生物多样性与风味物质变化相关文献作为数据基础，通过关键词共现、关键词突现、关键词时区图、被引文献时间线图、被引文献突现分析等计量学方法，客观地反映了食醋微生物多样性与风味物质变化研究的研究进展，并对研究热点及未来该领域的新兴趋势进行全面分析，最后通过期刊双图叠加和文献的共被引方法来认识整个研究过程中知识域的演化过程，为进一步开展食醋微生物多样性与风味物质变化的相关研究提供参考和借鉴。

1 数据来源

为了在尽可能扩展研究广度的同时保证研究精确度，选择 SCI数据库进行食醋微生物多样性与风味物质变化研究的对比分析。SCI 数据库覆盖全球最具权威性的社会科学核心期刊，以其强大而丰富的检索功能成为本文的研究首选[1]。在SCI数据库（https://www.webofscience.com/wos/woscc/summary）TS=（（（” *vinegar*” ）NOT（” woodvinegar” ）AND（” *bacteria*” ）AND（” Reducingsugar” ））OR（（” *vinegar*” ）NOT（” woodvinegar” ）AND（” *fungus*” ）AND（” Reducingsugar” ））OR（（” *vinegar*” ）NOT（” woodvinegar” ）AND（” *fungus*” ）AND（” *acid*” ））OR（（” *vinegar*” ）NOT（” woodvinegar” ）AND（” *bacteria*” ）AND（” *acid*” ））OR（（” *vinegar*” ）NOT（” woodvinegar” ）AND（” *microbial*” ）AND（” *flavor*” ）））进行高级检索（https://www.webofscience.com/wos/woscc/summary/da40fc5e-49d3-47a8-818b-1639f4063af4-38e2d04f/relevance/1），时间跨度选择“2001～2021”，将Cite Space的检索数据库类型设置为SCI，通过 “去重”功能剔除检索结果中的信息残缺文献及重复文献，最终得到相关国内外研究570篇。

2 食醋微生物多样性与风味物质变化的研究现状概述

2.1 文献发表趋势分析

为了从整体上把握食醋微生物多样性与风味物质变化研究的文献数量变化及时序规律，本文对570篇相关文献的时序数量进行了统计，如图1所示。

某一研究领域在特定时间段内研究热度的变化可以通过发文数量的变化直观地体现[2]。根据图1可以看出，整体上食醋微生物多样性与风味物质变化研究领域总发文量呈现逐年递增的趋势。从20年来的发文数量上看，可将食醋微生物多样性与风味物质变化研究热点与趋势划分为两个阶段：2001～2007年为研究的起步阶段，年度文献数量低于20篇，且增长较为缓慢；2008年后研究热度迅速提升，发文数量也呈稳步增长趋势且热度不减。

图1 发文数量趋势图Fig.1 Trend chart of number of documents issued

2.2 主要关键词分析

2.2.1 研究热点分析 关键词是论文研究领域主题的高度概括，将SCI数据库中检索的文献数据导入Cite Space，以关键词（key word）为节点构建共现网络，时间跨度为2001～2021年间，得到食醋微生物多样性与风味物质变化研究关键词共现图谱（图2）。

图2 食醋微生物多样性与风味物质变化研究领域关键词共现图Fig.2 Key words co-occurrence atlas of microbial diversity and flavor changes in vinegar

关键词共现图谱中的节点代表研究中出现的关键词，在图谱中的结点越大则该关键词的词频越高[3]，而突现关键词是指频率急剧增加的关键词，是该领域在一定时间内受到相关科学界特别关注的关键词，在分析研究前沿、预测研究趋势和挖掘热点方面均有重要的价值。结合图3关键词突现图，突现强度（strength）大于7的关键词有“sp nov.”（7.09）和“molecular method”（7.19）。由此说明，“微生物新菌种”和“分子方法”在该领域的研究中发挥了关键作用，相关研究主要为食醋发酵菌的鉴定与定量[4-5]、发酵菌对发酵过程的影响[6]、发酵过程中新菌种的发现与鉴定[7]等。

2.2.2 研究前沿趋势分析 同时，从图3可知固态发酵（solid state fermentation）、动力学（dynamics）、挥发性化合物（volatile compound）等为近5年食醋微生物多样性与风味物质变化研究领域的研究前沿，其很可能会在后续演化为研究热点。其中固态发酵的研究主要包括：微生物演替与代谢物变化的相关性[8-9]、生物强化对发酵香气的影响[10]；动力学研究主要是发酵过程中微生物群落的关键环境驱动因素[8]，发酵微生物的多样性及其代谢活动[9]等；挥发性化合物主要研究产风味菌的代谢特性以及生物强化促进风味物质生成[11]。

时区视图（Time zone）可通过关键词的更新和相互影响从时间维度上来展示知识的演进[12]。因此本文在关键词共现图谱的基础上按照时间排序绘制了时区图谱，如图4所示。通过图3及图4可以较为直观地将食醋微生物多样性与风味物质变化的演变过程及研究前沿展示出来，有利于对食醋微生物多样性与风味物质变化在未来几年的发展趋势进行预测。如图4所示，图中节点越多越大说明该时期文献发文量多，则该领域处于繁荣期；同时，连线代表了相应的年份，各节点间的连线粗细反映了各时间段的传承关系强弱。

图3 食醋微生物多样性与风味物质变化研究领域的关键词突现图Fig.3 Study on microbial diversity and flavor changes in vinegar by key word emergent atlas

观察近20年食醋微生物多样性与风味物质变化领域文献关键词时区图（图4）可以发现，研究的演化过程大致可以概括为三个阶段：2001～2004年为食醋微生物多样性与风味物质变化研究的起步阶段。这一阶段，很多研究以醋酸菌、发酵和醋为基点，开始逐步扩展相关研究而醋酸菌这一关键词是此阶段最突出的节点，重要的研究主题，得到广大研究者的关注，可以概括为发酵、醋、细菌；2005～2016年为食醋微生物多样性与风味物质变化研究的转型期。随着分子生物学和生物信息学等学科的发展，基因数据库的完善和精准数据分析工具的应用，食品风味表征[13-17]和微生物表征技术[18-22]不断更新，复杂基质的风味组分有效的分离和鉴定得以实现。同时，新一代测序技术对食品微生物多样性高通量分析的准确度更高[23-24]，各组学技术在研究微生物的代谢通路和相互作用[25-26]、探究特征风味物质及其形成机理[27]、明确微生物对风味形成的贡献等方面发挥着重要的作用[28]。因此在此期间，学界对食醋微生物多样性和食醋风味物质进行了更为深入的研究，例如身份识别、乳酸菌、传统香醋、多样性，这一阶段学者们开始运用高通量测序，基因组学等方法来解决问题，诸多文献拓宽了食醋微生物群落演替及风味物质动态变化的领域，奠定了后续稳定且高品质食醋生产发酵过程控制研究的理论基础；2017～2021年食醋微生物群落演替及风味物质动态变化的研究持续深化。该区间内出现了围绕食醋生产发酵过程控制研究相搭配的热点词汇，如动态、微生物群落、食醋风味、品质、固态发酵、抗菌活性。可以预测，今后有关食醋微生物多样性与风味物质变化的研究依然会得到学者们的持续关注。

图4 食醋微生物多样性与风味物质变化研究领域关键词时区图Fig.4 Key words time zone map for the study of microbial diversity and flavor substance change in vinegar

2.3 主要文献分析

2.3.1 主要被引文献聚类分析 通过共被引文献的聚类分析，可明确食醋微生物多样性与风味物质变化研究在不同阶段的研究热点与主题，进而客观准确的认识该学科领域。将被引突现文献中的施引文献作为后续分析的数据源，来进行综合判断和探测新兴趋势[29]。

图5和表1分别为SCI数据库中食醋微生物多样性与风味物质变化研究被引文献的时间线视图和主要聚类列表。如图5所示，每个群集从左到右沿水平时间线显示。相同聚类的文献被放在同一水平线上，每个年轮对应一篇被引文献，且各个圆形年轮的节点大小代表文献被引频次的多少，每个节点（由内到外）和聚类的色调变化代表从2001～2021年，20年间SCI数据库中国内外食醋微生物多样性与风味物质变化研究领域被引文献的时间变化，大型节点或带有红色圆环的节点需要特别关注，因为它们或被高引用，或为突现被引文献，或两者兼而有之[29]。彩色曲线表示在相应颜色的年份中添加的共引文链接，不同聚类用不同颜色进行区分，并按聚类文献的数量进行降序排列。因此，#0聚类有最多的节点。结合图5通过表1将高被引，突显度高的四大主要的聚类#0、#1、#5、#9列出，并给出对应聚类的文献数量，平均引用年限，其中聚类标签是按照3种算法（算法1：Latent semantic indexing （LSI），算 法2：Loglikelihood ratio（LLR），算法3：Mutual information（MI））从各聚类索引词中自动提取出来。

根据图5中的时间线视图，不难发现聚类#0的节点数最多，其平均被引年是 2012 年，包含 76 篇被引文献。通过3种算法对施引文献标签聚类（表1），发现关键词主要有醋酸菌（Acetic acid bacteria）、多功能生物技术应用（versatile biotechnological application）、有氧深层发酵（Aerobic deep fermentation）等。通过分析#0中被引文献引用频次较高的文献发现，学者主要致力于研究醋酸菌纤维素，生物膜的结构特性，醋酸菌的产酸途径等[30-32]。通过图5、表1中施引文献中引用率较高的文献发现，对醋酸菌的特征与应用的研究是SCI数据库中该领域的主要热点。

图5 食醋微生物多样性与风味物质变化研究领域被引文献时间线视图Fig.5 Timeline view of cited documents for the study of microbial diversity and flavor substance change in vinegar

#1聚类共包含72篇文献，平均被引文献的年份是2015年。根据表1可知，关键词主要有固态发酵（solid-state fermentation）；中国谷物醋（Chinese grain vinegar）；微生物群落（microbial community）主要有机酸（major organic acid）；监管机制（supervision mechanism）；代谢特征（metabolic characteristic ）；生物热（biological heat）；关键环境驱动因素（key environmental drivers）等。通过分析#1中被引文献引用频次较高的文献发现，学者主要研究中国传统食醋发酵过程中醋酸菌，乳酸菌，酵母等微生物多样性的问题[33-36]等。通过分析SCI数据库中食醋微生物多样性与风味物质变化研究领域施引文献中引用率较高的文献发现，施引文献主要集中在微生物多样性及其在醋发酵过程中的作用，发酵食品微生物群落分析和功能表征，酿造过程中环境因素和基质驱动的微生物演替等研究领域。

#5聚类共包含28篇文献，平均被引文献的年份是2017年。根据聚类算法可知，关键词主要有抗菌特性（antibacterial properties）；传统的自制醋（traditional homemade vinegars）；生化特性（physiochemical properties）；醋酸发酵（acetous fermentation）；耐热醋酸菌（heat-resistant acetic acid bacteria）；酵母（yeast）等。通过分析#1中被引文献引用频次较高的文献发现，学者主要研究食醋的抑菌、抗氧化能力，醋中生物活性化合物的保存等[37-40]问题。通过分析SCI 数据库中食醋微生物多样性与风味物质变化研究领域施引文献中引用率较高的文献发现，施引文献主要集中在利用酵母和耐热醋酸菌的共培养等领域。

#9聚类共包含22篇文献，平均被引文献的年份是2017年。根据表1可知，关键词主要有巴氏醋杆菌（acetobacter pasteurianus）、细胞生理学（cell physiology）、比较分析（comparative analysis）等。通过分析#1中被引文献引用频次较高的文献发现，学者主要研究醋酸菌的分类及其耐酸机制，巴氏醋杆菌AB3对高醋酸胁迫的转录组反应等[41-44]问题。通过分析 SCI 数据库中施引文献中引用率较高的文献发现，施引文献主要集中在醋酸菌的胁迫培养、耐酸机制的研究等领域。

表1 食醋微生物多样性与风味物质变化研究领域主要聚类标签表Table 1 Main cluster label table for the study of microbial diversity and flavor substance change in vinegar

通过对图5、表1中被引文献聚类及施引文献的综合分析发现，SCI数据库中食醋微生物多样性与风味物质变化研究领域的研究主要包括固态发酵、中国谷物醋、主要有机酸、醋酸菌、代谢特征、生物热、关键环境驱动因素等研究。

2.3.2 突现文献分析 突现文献通常代表某一研究领域的兴起或转变，具有创新性、引用突现文献的文章能反映出新兴主题[30]。通过3种算法得出25篇突现强度大于5的文献（见图6）。一篇文献的引用量突增表明此领域已经注意到此文献的潜在贡献[45]。同时，近5年的突显文献也值得关注，可为未来探测新兴趋势奠定基础。

如图6所示，突现强度高到低降序排列，最高的是Maria Gullo的Characterization of acetic acid bacteria in“traditional balsamic vinegar”这篇文献。突现从2007年到2012年，文章评估了从传统香醋中分离的醋酸菌菌株的耐糖性。结果表明，高糖浓度会抑制醋酸菌生长，多数分离菌株被25%的葡萄糖抑制，而果蔬中的乙醇浓度对醋酸菌的生长影响较小[36]。这篇文章对醋酸菌的性状特性进行了研究，为以后的专家学者们对醋酸菌及其他食醋中的微生物菌种特性及代谢途径的深入研究奠定了基础。其次较高的是Luciana的Application of denaturing gradient gel electrophoresis （DGGE） analysis to evaluate acetic acid bacteria in traditional balsamic vinegar这篇文献。突现从2007年到2012年，该文研究测试了聚合酶链反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）筛选传统香醋（TBV）中的醋酸菌的有效性。结果表明DGGE可用于监测醋的醋酸菌种群[46]。为以后的专家学者们对食醋中的微生物多样性的研究方法提供了借鉴。而Gullo的Succession of selected strains of acetobacter pasteurianus and other acetic acid bacteria in traditional balsamic vinegar这篇文献，对巴氏醋酸杆菌和其他醋酸菌在传统香醋中的演替进行了研究，发现双培养发酵适合传统香醋的醋酸发酵[47]。这为以后的专家学者们对食醋中的微生物群落演替的研究奠定了基础。

图6 食醋微生物多样性与风味物质变化研究领域文献共被引突现图Fig.6 Document co-cited emerging map for the study of microbial diversity and flavor substance change in vinegar

同时，通过近五年（2017～2021）的最新突现文献，可以发现Natsaran的Acetic acid bacteria: A group of bacteria with versatile biotechnological applications这篇文献，综述了醋酸菌的特性，革兰氏阴性专性需氧菌，许多醋酸杆菌具有很高的醋酸发酵能力以及抗醋酸和乙醇的能力，这被认为是工业生产醋酸和醋（商业产品）的有用特征。另一方面，葡萄糖酸杆菌菌株能够对各种糖、糖醇和糖酸进行氧化发酵，从而形成几种有价值的产品。通过适应和基因工程进行的基因改造也被用于改善它们的性能，如生产力和耐热性[30]。

Wu的Metagenomics reveals flavour metabolic network of cereal vinegar microbiota的这篇文章通过使用宏基因组方法来阐明负责固态发酵生产的典型谷物醋镇江香醋风味合成的关键微生物的原位代谢网络。其确定了食醋的主要代谢产物，并通过宏基因组测序揭示了微生物群的分类和功能组成。此外，该研究构建了食醋微生物群中底物分解和主要风味形成的代谢网络，并绘制了不同代谢途径中的微生物分布差异图[48]。这项研究有助于阐明微生物在醋微生物群风味形成过程中的不同代谢作用。

Li的Bacterial dynamics and metabolite changes in solid-state acetic acid fermentation of Shanxi aged vinegar这篇文章中，通过高通量测序追踪醋酸发酵过程中的细菌动力学和代谢物变化。定量PCR结果表明，细菌总生物量在前3天呈现“系统微生物自驯化”过程，在第7天达到高峰后逐渐下降，直至醋酸发酵结束。并且主成分分析和聚类分析表明，细菌群落动态与代谢产物之间具有高度相关性[49]。中国传统的固态醋酸发酵的过程涉及复杂的微生物群落的演替，对于这一过程仍有待国内外专家学者们系统深入地研究。

通过对SCI数据库中食醋微生物多样性与风味物质变化领域的主要突现文献进行分析，可知此领域的突现文献大多集中在对食醋微生物多样性研究方法，醋酸菌的特性研究和食醋微生物群落演替的研究上，其中对醋酸菌的研究最为突出，近几年，随着生物技术的进步，对微生物多样性的研究日益成熟，相关研究也更加丰富。具有最高突变值，具有较高影响力的文章是Maria的 Characterization of acetic acid bacteria in “traditional balsamic vinegar” 。

3 研究知识领域与知识流动分析

双图叠加是一种利用Cite Space叠加图和底图的双图谱叠加，并通过参考路径显示引用的域级集中度的分析方法。其本质是反映施引域与被引域之间的联系，即反映食醋微生物多样性与风味物质变化在期刊层面的知识流动[50]。本文通过双图叠加，可以直观地显示中食醋微生物多样性与风味物质变化的研究主要分布的期刊及被期刊，从而揭示SCI数据库中食醋微生物多样性与风味物质变化期刊知识流动的态势[29]。

如图7所示，左侧的群集是指 SCI 数据库中食醋微生物多样性与风味物质变化的主要被施引期刊分布类群，图右边是指主要的施引期刊类群[29]。曲线为引证连线，通过z分数（z-score）功能将连线合并，并使用颜色区分来区分知识领域流动路径。z分数功能可以清晰客观地反映学科领域知识流动的主要轨迹，这些轨迹的粗细与z分数缩放的引文频率成正比。结合表2可以得到食醋微生物多样性与风味物质变化领域的研究主要集中在科学（Science）、分子学（Molecular）、生物学（Biology）、免疫学（Immunology）四大期刊类群。对食醋微生物多样性与风味物质变化研究的被引用主要集中在环境学（Environmental）、毒理学（Toxicology）、营养学（Nutrition）、分子生物学（Molecular Biology）、遗传学（Genetics）这五大期刊类群。其中，图左边施引域中科学、分子学、生物学、免疫学这四大期刊类群中分别存在2条向外的引文路径，是最主要的施引类群，具有很高的引用量。此外，由表2得知，在被引域中被引总值最高的是环境学、毒理学、营养学这三个期刊类群。这与前文中的突现关键词、突现文献的分析结果一致，即在SCI数据库中对食醋微生物多样性与风味物质变化领域的研究主要集中在食醋微生物微生物群落演替及发酵环境对食醋发酵的影响。

表2 食醋微生物多样性与风味物质变化研究学科领域知识流动汇总表Table 2 Summary table of knowledge flow by subject area for the study of microbial diversity and flavor substance change in vinegar

图7 食醋微生物多样性与风味物质变化研究学科领域知识流动图Fig.7 Subject area knowledge flow diagram for the study of microbial diversity and flavor substance change in vinegar

4 结论

本文基于Cite Space可视化软件，以2001～2021年SCI库中的相关文献作为数据基础，通过对二十年来国内外食醋微生物多样性与风味物质变化研究领域的发文量、高频关键词、被引文献、施引文献及学科流向进行计量学分析，探索其研究热点及发展趋势。通过发文量可视化分析发现该领域的发文量呈现逐年递增的趋势，说明该领域研究热度不断提升。通过时区图可将整个研究大致可分为3阶段，2001～2004年是食醋微生物多样性与风味物质变化研究的起步阶段，醋、发酵、醋酸菌等成为研究热点，2005～2016年，研究转型期，学者们运用高通量测序，基因组学等方法来解决食醋微生物身份识别、食醋发酵微生物多样性等问题，2017～2021年，继续深化对食醋微生物群落演替及风味物质动态变化的研究。通过对被引文献聚类及施引文献的综合分析，发现固态发酵、中国谷物醋、醋酸菌、代谢特征、生物热、关键环境驱动因素等为该领域当前主要研究方向。通过双图叠加可知此研究领域知识流的变化主要从科学、分子学、生物学、免疫学期刊类群流向环境学、毒理学、营养学、分子生物学、遗传学期刊类群，对未来该研究领域的知识拓展有重要的参考与借鉴意义。通过对关键词共现和关键词突现分析，发现未来食醋微生物多样性与风味物质变化研究中动力学、固态发酵、挥发性化合物将成为研究的热点。