基于文献计量的食品组学研究发展态势分析

郑床木，王 琳，陈天金，解 沛

(1 中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，北京 100081； 2 中国农业科学院科技管理局，北京 100081； 3 中国农业科学院国际合作局，北京 100081)

食品组学的概念最早于2007年开始出现[1-2]，西班牙高等科学研究理事会Cifuentes Alejandro教授将其定义为利用现代组学技术开展食品质量安全与营养研究的学科[3]，其目的是保障食品安全，明确营养与健康关系，提升消费者信心。目前，食品组学研究论文发表数量逐年增加，已成为食品科学研究的前沿和热点。基于文献计量分析，对学科开展现状评价，揭示研究热点和发展态势，已广泛应用于多个学科[4-5]。为此，拟选取Web of Science收录文献，对国内外食品组学研究进行文献计量分析，探究其发展现状和态势，以期为食品组学及食品科学未来的研究提供科学依据。

1 数据来源与统计方法

在SCIE数据库中，利用主题词foodomic*检索2007年以来发表文献，文献类型包括研究论文、研究综述、会议论文及社论材料，数据采集时间为2017年6月20日。以这些文献作为数据集，利用Web of Science统计功能，对食品组学研究发文量年度趋势、主要国家和机构以及来源刊物等进行分析。同时，在阅读相关文献基础上，简要介绍食品组学主要研究内容及分析方法。

2 结果与分析

2.1 文献年度变化趋势

2009—2017年，SCIE数据库共收录食品组学文献117篇(附图)，整体呈现缓慢上升趋势，第一篇收录论文发表于2009年，至2011年三年论文数量均较少，这也是刚开始提出食品组学概念的时期。自2009年起，意大利博洛尼亚大学每两年一届，召开食品组学国际研讨会。随着食品组学研究不断拓展和深入，《Electrophoresis》于2012年出版了一期专刊，全面介绍了食品组学研究内容及分析方法。2013年，捷克化工大学、荷兰瓦赫宁根大学和国际环境分析化学协会联合举办的第六届国际食品分析进展大会以及江南大学举办的第十届国际食品科学与技术交流大会均将食品组学列入专题之一。

附图 2009—2017年食品组学研究发表文献数量

食品组学论文数量开始出现攀升，2012—2015年，年均文献达15篇以上，2016年达到最多的39篇。可以看出，当前食品组学论文数量仍远远低于食品化学、食品加工与储藏等食品科学其他分支，说明食品组学概念提出较新颖，属于新兴研究，在食品科学领域还没有达到广泛接受和普遍重视的程度。

2.2 研究力量分布

2009—2017年食品组学研究文献来源国家/地区共有36个，发文量排名前6的国家/地区中，西班牙和意大利高居榜首，占论文总数的61.5%；美国、巴西、中国大陆和日本处于同一位置。从篇均被引频次看，其他国家/地区远远落后于西班牙，最高的意大利仅为其42.7%(表1)。可见，作为食品组学概念的首倡者，西班牙论文整体质量最好。

表1 食品组学主要发文国家/地区

食品组学主要研究机构发文量排名前6的研究机构中，有3家来自西班牙、3家来自意大利、1家来自中国。西班牙高等科学研究理事会发文数量排名第一，占论文总数的28.2%；高等科学研究理事会及米格尔·埃尔南德斯大学等2家西班牙研究机构文献篇均被引频次不相上下，均遥遥领先其他机构(表2)。

在发文量排名前6的作者中，有5位来自西班牙高等科学研究理事会，仅有1位来自意大利博诺尼亚大学，发文量最多的作者是西班牙高等科学研究理事会食品科学研究所食品组学实验室的Cifuentes Alejandro教授，且2～5位全部来自同一个研究机构(表3)。

表2 食品组学主要发文研究机构

2.3 来源刊物分析

共有37种期刊刊载了食品组学相关文献，发文量排名前6的期刊共刊载论文72篇，占总数的61.5%。其中，来自荷兰的有3本期刊，刊载论文27篇，占总数的23.1%；来自美国的有3本期刊，刊载论文32篇，占总数的27.3%；来自英国的有1本期刊，刊载论文13篇，占总数的11.1%(表4)。可见食品组学研究论文主要发表在美国、荷兰和英国期刊上。从期刊分类看，食品组学在化学分析、生物化学研究方法、食品科学与技术等3个领域发文量较多，说明食品组学属于交叉学科。

表3 食品组学主要发文研究作者

表4 食品组学文献主要刊载期刊

3 食品组学重点研究方向

3.1 食品质量与安全研究

由于传统的靶向分析难以检测目标分析物以外的潜在污染物，基于质谱分析的代谢组学技术灵敏度高，能够发现未知化合物并进行结构解析，易于与气相色谱、液相色谱等高效分离技术偶联，对食品进行准确的分析鉴定，为食品组成成分、食品贮藏加工过程中组分生理变化、食品中污染物非靶向分析提供了可行方法，可广泛应用于食品鉴别与溯源、食品生产过程控制及转基因食品评价等。如Tengstrand[6]利用超高效液相色谱飞行时间质谱，分析了含有不同污染物的果汁代谢指纹图谱，鉴定了异常化合物峰，建立了一种鉴定果汁中潜在未知污染物方法。Clementine[7]利用高效液相色谱质谱结合指纹图谱解析，研究了不同发酵时间奶酪组成成分变化情况，共发现45种不同代谢产物，为不同熟化程度及不同风味奶酪评价提供了表征指标。Cifuentes[8]基于食品组学技术，分析了转基因大豆与传统大豆中150多种蛋白水解肽段的蛋白质谱，发现没有明显差异，为从蛋白质组水平分析转基因食品安全性提供了一种新型评价方法。

3.2 食品营养与人体健康

基于食品组学，可以分析不同食品对人体基因组、转录组、蛋白质组及代谢组影响，从分子水平上研究食品营养机制，建立基因-饮食-健康之间的关系，对于设计合理膳食、开发功能食品、调节机体状态、预防慢性疾病等具有重要意义[9]。如Valdes[10]基于食品组学，将迭迭香提取物作用于两种不同结肠癌细胞，从分子水平上分析了转录组、蛋白组和代谢组变化情况，鉴定了与迭迭香抗氧化、促凋亡和抑制细胞增殖相关的变化基因、蛋白和代谢物，发现不同基因突变造成的两种结肠癌细胞对相同活性成分反应并不相同，结合生物信息学建立了迭迭香引起细胞周期阻抑和凋亡的可能信号通路。此外，已有科学家利用蛋白组学研究食品组成与人体疾病的关系，发现新的食品过敏原，从而防止可能产生的健康威胁[11]。

4 食品组学分析技术

4.1 基因组技术

根据已知基因组信息，利用微阵列技术设计各种基因芯片，测定生物个体基因组差异，或者利用重测序、从头测序等二代测序技术，测定未知基因组信息。基于基因测序，改进大宗农产品品质，在全基因组水平分析不同基因组结构与功能对不同食品的反应情况，建立食品营养成分与人体健康及疾病关系，开展个体营养基因组学研究，为营养失调等疾病提供解决方法。

4.2 转录组技术

mRNA和非编码RNA表达水平反映了食品对于基因表达调控影响，利用转录组技术可以研究食品活性成分在体内生理功能稳态平衡调节和在疾病预防中的作用。转录组分析技术与基因组技术类似，也包括微阵列技术和DNA测序技术两类。

4.3 蛋白质组技术

食品蛋白组成与食品安全、来源、品种与加工等密切相关，分析食品进入人体后的蛋白组成变化有助于寻找预防疾病在内的食物活性物质。蛋白质组技术关键在于蛋白的分离与鉴定，传统上采用凝胶电泳，现代更多采用多维液相色谱技术，目前已发展到基于微阵列的蛋白芯片技术，将蛋白分离、提取、鉴定等步骤集成在一张微流体芯片上完成，极大提高了分析效率[12]。

4.4 代谢组技术

代谢组技术主要是基于质谱或核磁共振技术，研究生物体系中内外源小分子代谢物及其代谢通路，区分不同食品成分在人体内的代谢途径以及引起的代谢变化，分析不同代谢产物对身体机能影响，鉴定与人体健康相关的代谢标志物，监测食品生产加工、贮藏运输过程中营养物质变化情况，评价食品营养功能。如Vazquez[13]利用氢核磁共振图谱技术，获得人们饮用葡萄酒后的尿液中葡萄酒代谢图谱和饮用葡萄酒后内源性生理标志物。

4.5 生物信息学与化学计量学

生物信息学挖掘食品组学研究海量数据，通过统计分析鉴别潜在的食品营养与健康的生物标志物，建立可能的信号通路，推测营养分子机制，解析食品特定成分对人体调控作用。化学计量学将数学、统计学等其他相关学科理论和方法综合运用到化学分析过程，通过解析化学测定数据以最大限度地获取化学物质成分、结构与其功能之间的复杂关系。化学计量学结合红外光谱、色谱、质谱等技术，可广泛应用于食品营养成分分析以及食品生产加工过程中营养成分监测[14-16]。

5 结论

利用Web of Science数据库开展食品组学文献计量分析，结果显示，食品组学属于新兴学科，也属于交叉学科，与生命科学、医学等结合紧密，为食品营养与人体健康研究带来了重要的机遇与挑战，已逐渐成为食品科学未来发展的重点。西班牙发文量和被引频次均遥遥领先，研究力量主要分布在西班牙和意大利。研究机构中，西班牙高等科学研究理事会研究力量最强。来源刊物中，研究文献主要发表在美国、荷兰和英国的期刊上，其中又以美国《Electrophoresis》最多。文献分析发现，食品组学主要基于基因组、转录组、蛋白质组、代谢组、生物信息学与化学计量学研究食品本身质量与安全以及食品营养如何影响人体健康等，将极大地促进食品质量、营养、安全、溯源及新型食品、功能食品、保健食品及转基因食品等全方位研究。◇

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