基于文献计量学的国内外魔芋研究进展分析

周静舫, 谢笔钧

(1.华中农业大学 研究生院， 湖北 武汉 430070；2.华中农业大学 食品科学技术学院， 湖北 武汉 430070)

魔芋(Amorphophalluskonjac)，又名蒟蒻、鬼芋、花梗莲、蛇玉米、天南星、蛇头草等，是天南星目(Arales)、天南星科(Araceae)、魔芋属(Amorphophallusblume)多年生草本植物[1]。魔芋在我国的栽培可追溯至两千多年前，有着悠久的食用和药用历史。魔芋传到日本后，深受日本人的喜爱，日本种植和食用魔芋的历史已有1500多年，是世界上魔芋的消费大国，并且在研究上也一直走在世界的前列，20世纪90年代前一枝独秀。近10年来，魔芋的生产、加工、消费中心逐渐转移至我国，有关魔芋的研究亦随之更为活跃，但未见运用现代信息学的手段分析魔芋研究的文献。魔芋相关研究内容涉及诸多领域，除有关魔芋栽培、育种、加工外，对魔芋中大量含有的主要活性成分魔芋葡甘聚糖(konjac glucomannan, KGM)的化学结构、特殊的物理化学性能、生物学功能、提取加工方法与设备的研究已有诸多报道。KGM的应用已涵盖食品工业、医药工业、化学工业、材料学、石油钻探、建筑业、纺织、印染、化妆、环保、农业等领域，这显然为魔芋资源的应用和天然多糖的研究提供了坚实的理论基础和新思路，同时也拓展和丰富了KGM的应用范围[2-6]。

Web of Science是美国科睿唯安公司建设的综合性数据库，其子库SCIE历来被全球学术界公认为最权威的科技文献检索工具，提供科学技术领域最重要的研究信息。本研究旨在运用文献计量学方法对1900—2018年期间魔芋研究领域公开发表的SCIE收录论文进行统计与分析，从科研文献产出的角度，对比分析2个不同时间区段国内外魔芋研究状况，揭示魔芋研究的变化趋势和规律，以期了解我国魔芋研究的现状和未来方向。

1 数据来源和研究方法

1.1 文献来源和数据采集

本研究数据来源于Web of Science(WOS)中的SCIE数据库，采用检索式TS=konjac，进行主题检索。时间跨度为1900—2018年，数据检索时间为2019年6月19日，共检索出1 425篇魔芋研究类文献；选取其中Article和Review两种文献类型，精炼获取1 344篇文献作为研究对象。选取2个时间区段作对比分析，分别为1900—2008年和2009—2018年。

1.2 分析方法

利用Web of Science平台和Excel、CiteSpace软件的分析功能以及人工筛选方法等进行系统分析，通过对魔芋研究的发文量、发文机构、来源出版物、研究方向、关键词共现等多维度的统计及分析，揭示魔芋研究的分布情况及发展态势。将数量指标、质量指标及h指数等结合，采用定量和定性的方法，进行指标对比分析，综合考察文献的数量和学术影响力，探究国内外魔芋研究领域的学术发展[7]。h指数指“高引用次数”(high citations)，一个科研集体或者一个科研人员的h指数是指其发表的所有学术论文中有h篇论文分别被引用了至少h次[8]，h指数越高表明论文影响力越大。在做机构分析时采用均一统计法，把一篇论文的N个机构同等对待，即按每个机构对于该篇文献的计数都为1，年均增长率的计算方法见式(1)[9]。

(1)

式(1)中，A为累积文献量；a为初始文献量；n为累计年数。

2 结果与分析

SCIE数据源显示的1 425篇魔芋研究文献涉及10种文献类型，其中研究论文(article)1 296篇、会议文摘(meeting abstract)52篇、综述(review)48篇、会议论文(proceedings paper)38篇、笔记(note)13篇、订正(correction)7篇、编辑资料(editorial material)4篇、新闻(news item)3篇、信函(letter)2篇、专著章节(book chapter)1篇。精炼获取1 344篇文献(article和review)作为研究对象，占文献总数的94.32%。

2.1 发文量分析

在文献计量学领域，文献发表数量的变化直接反映了某学科的发展动态与趋势[10]。魔芋研究出版年发文量总体上呈现相对稳定增长态势，近10年增速加快。魔芋研究最早发文是1961年发表的2篇文献，1900—2008年这109年发文量为474篇，2009—2018年这10年发文量为870篇，占文献总量的64.73%，是过去一个多世纪(即109年)的1.84倍。1991—2018年魔芋研究发文量趋势见图1。由图1可见，魔芋研究发文量从1991年的11篇增至2018年的126篇，28年来增长了10.45倍，年均发文量约46篇，年增长率为18.55%。

图1 1991—2018年魔芋研究出版年发文量分布Fig.1 Distribution of annual amount of published papers on konjac research from 1991 to 2018

魔芋研究文献来自50个国家或地区，发文量排名在前10位的国家或地区共参与1 268篇次、1 151篇文献的发表，占文献总量的85.64%，发文量非常集中；中国、日本、美国居魔芋研究发文量的世界前3位(见表1)。1900—2008年日本的魔芋研究发文量全球第一，中国紧跟其后；2009—2018年中国魔芋研究发文量占比超过50%，远超日本，跃居世界第一。这说明目前中国在世界魔芋研究领域占有非常重要的地位。近10年发文量前10位中，亚洲地区占了5位，占比50%，分别为中国、日本、泰国、印度和韩国，亚洲地区发文量648篇，占比74.48%，这与魔芋产业种植和布局相符；同时，美国、欧洲等地魔芋研究也持续活跃。总的来看，无论是在哪一个时间区段，发文量都集中在魔芋主要出产地亚洲。

2.2 发文机构分析

魔芋研究文献有974个机构参与，发文量排名在前10位的机构共参与471篇次、402篇文献的发表，占文献总量的29.91%，文献量比较集中。从发文量前10位的机构分布来看(见表2)，有7个科研

表1 不同时间区段魔芋研究发文量前10名的国家或地区分布

机构和高校来自中国，其中前3位均为中国高校，分别为华中农业大学、武汉大学、福建农林大学，说明中国高校在魔芋研究领域拥有稳定、持续的研究团队，研究规模大。从地区分布来看，华中农业大学和武汉大学均位于湖北，这与湖北省魔芋产业发展和长期的科技政策支撑有关。早在1998年湖北省人民政府就发布了《关于大力推进魔芋产业化的决定》，2011年湖北省科技厅着力引导科技资源“上山下乡”，出台魔芋等12条农业产业链科技创新规划，近些年重点通过省级科技项目立项支持魔芋产业发展和科学研究。

论文的被引频次是文献计量中反映论文质量和影响力的一个重要指标[11]。总被引频次最高为武汉大学，得益于1900—2008年武汉大学发文量位居全球第一，说明该校魔芋研究起步早，受关注程度较高；篇均被引频次最高为大阪市立大学，发文量也位居全球第四，说明该校魔芋领域研究成果较多且影响力较大，被认可程度较高。美国加州大学圣地亚哥分校物理系Hirsch教授在2005年提出一种新的科学计量评价指标——h指数，篇均被引次数与h指数均为质量兼顾性指标，篇均被引次数兼顾了论文整体的数量与质量，而h指数均衡兼顾了h篇被引论文的质量与数量，h指数能够校正篇均被引次数对论文数少、高被引综述类论文较多等因素引起的过高评价[12]。h指数前3位的科研机构分别是武汉大学、大阪市立大学、华中农业大学，说明这3所高校在国内外魔芋研究领域发表的论文数量多且质量高，有较强的学术影响力。

表2 魔芋研究发文量前10名的机构分布

从不同时间区段的发文机构来看，发文量居前5名的机构发生很大变化(见表3)，1900—2008年发文集中在武汉大学和大阪市立大学，2009—2018年华中农业大学和福建农林大学发文量大大增加，位居世界前列。

表3 不同时间区段魔芋研究发文量前5名机构的对比分布

2.3 来源出版物分析

对所刊载论文的来源出版物进行统计分析，可以确定魔芋研究领域期刊发表的核心阵地，有助于了解该领域的主要研究成果，也能指导科研人员选择重点出版物进行阅读和投稿。根据文献的集中分散规律，某一研究领域的大多数文献相对集中在少量期刊上，而剩余的文献则分布在其他少数的相关期刊上。魔芋研究文献来自414个出版物，平均每种出版物载文3.25篇。魔芋研究发文量前10位的出版物情况见表4。从表4可以看出，发文量前10位的出版物累计发文482篇，占比35.86%。按照布拉德福划分核心期刊的三区分法(核心区、相关区、离散区)，尽可能使每个区所包含的论文数量大体相当。Carbohydrate Polymers、Food Hydrocolloids等前8种期刊发文量占33.04%，处于魔芋领域研究的布拉德福核心区，因此这些期刊是查阅魔芋文献资料的重要信息源。发文量前10位出版物的出版地较为集中，英国占比40%，美国占比30%，荷兰20%，中国10%。JCR(原为汤森路透，后改为科睿唯安)的分区表中，Q1～Q4的期刊数均占25%，发文量前10位的出版物JCR分区相对靠前，Q1有7个、Q2有3个、Q4有1个。发文量前10位的影响因子(2017年)在0.66～5.16。

表4 魔芋研究发文量前10名出版物分析

通过对不同时间区段来源出版物对比分析发现，1900—2008年来源出版物有184个，2009—2018年来源出版物310个，表明魔芋研究范围更加广泛，Carbohydrate Polymers和Food Hydrocolloids这2个出版物在2个时间区段均位居前2名(见表5)，且均属JCR分区的Q1，影响因子相对较高，是魔芋研究领域发文的重要刊源。2009—2018年发文量前5名的来源出版物累计占比31.15%，且均是布拉德福核心区期刊。

表5 不同时间区段魔芋研究发文量前5名的出版物对比分布

基于来源出版物分析可见，对魔芋的研究主要集中在化学、高分子研究领域，这也是与魔芋中的主要植物多糖的结构特征和伴随的宏观特性相关。魔芋葡甘聚糖是由D-吡喃甘露糖与D-吡喃葡萄糖通过β-(1→4)糖苷键连接构成的多糖，在主链的D-吡喃甘露糖C3位上存在由β-(1→3)糖苷键连接的支链，相对分子质量一般为1×105～1×106Da，每19个糖基上有一个乙酰基，这些结构赋予魔芋葡甘聚糖很好的亲水性、保水性、增稠性、凝胶性、成膜性和生物可降解性。因此，关于魔芋葡甘聚糖本身的结构与性能的研究，及其与其他高分子或无机材料共混修饰的研究进展显著[13-18]，如魔芋葡甘聚糖与壳聚糖和没食子酸制成的活性食品包装膜的研究，魔芋葡甘聚糖与聚乙烯醇(PVA)和氧化锌纳米粒子(ZnO)通过环境友好的电纺丝制得的ZnO@PVA/KGM多功能用途膜的研究，以及魔芋基复合材料用于高效空气过滤、染料清除等方面的研究[19-21]。

2.4 研究方向分析

根据WOS中研究方向的分类，魔芋研究方向分布于在67个研究领域。2个时间区段魔芋研究发文量前10名的研究方向统计结果见表6。1900—2008年魔芋研究方向集中在化学、高分子科学、食品科学技术、生物化学及分子生物、农学等领域；2009—2018年研究方向集中在化学、食品科学技术、高分子科学、生物化学及分子生物、材料科学等领域。化学领域始终是魔芋领域最主要的研究方向。近10年来，魔芋研究方向发生较大变化，食品科学与技术、材料科学领域发文量增幅明显，特别是有关食品敏感活性物质配料和递送及特殊材料的研究[22-24]。农学领域发文增量小，排名退步。魔芋作为一种种植历史悠久的植物，有关种植等方面研究与该学科的发展是极为相称的，关于魔芋种质资源、栽培、病虫害防治方面的研究文章占比较少，究其原因，是因为该领域技术变革的难度较大。考虑到魔芋是植物葡甘聚糖的主要来源和物质基础，后期还需加强魔芋种植区域规划、种植资源和栽培领域、相关生物学基础、病虫害防治等方面的研究，这是发展魔芋资源的物质基础。药理与制药领域10年前发文量排列第10位，而近10年就退居其后。近年来，随着魔芋价格的大幅攀升，魔芋在添加剂和配料领域的应用逐渐被其他一些胶体替代，其三大主要应用对象仿生食品、果冻、肉肠近年的市场需求也未见增长。从现实角度出发，魔芋产业必须充分利用魔芋自身独特的结构和特性优势才能保证其稳定发展。为更好发展魔芋产业，魔芋的理论和应用基础研究显得尤为重要，为此科研工作者们一直致力于魔芋应用拓展的基础研究，这也是近10年来魔芋研究在食品科学与技术和材料科学领域发文量有明显增幅的原因。

2.5 研究热点分析

作者设置的关键词是文献的核心和精髓，它是对文章主题的高度概括与凝练，也是文献计量的重要指标。关键词共现的强度即是关键词的中心性，关键词与其他关键词共现的概率越大，该关键词在共现网络知识图谱中影响力就越大。从知识梳理角度出发，高中心性的关键词一般是一段时间内该领域研究中共同关注的问题，也就是研究的热点[25]。运用CiteSpace软件进行关键词共现分析，设置Time Slicing为近10年，即2009—2018年，分析结果见图2。图2显示词频在 3 次以上(包括 3 次)的关键词，聚类命名术语从施引文献的标题中提取。

表6 不同时间区段魔芋研究发文量前10名的研究方向分布

图2 2009—2018年魔芋研究领域关键词共现知识图谱Fig.2 Mapping knowledge domain of keywords co-occurrence of konjac research field in period of 2009—2018

通过关键词共现分析，结合论文内容，近10年来魔芋研究的热点分为以下几类：1)魔芋葡甘聚糖与其他多糖、蛋白质等大分子的相互作用机理及共混(复合)体系结构、流变性和凝胶性等的研究；2)魔芋葡甘聚糖的降解方法及降解产物的物理化学特性、流变行为和生物学功能的研究；3)魔芋葡甘聚糖用于功能性材料，如共混膜、水凝胶、吸附材料、脂肪模拟物和递送系统等的研究[26-29]。其他生物、农业、药物和营养方面的关键词相对较少，这也是今后应加强研究的领域，也为魔芋研究工作者提出了新的和更高的要求。

根据当前国民健康状况的实际，党的十九大作出了实施健康中国战略的重大决策部署，这就对魔芋产业的发展提出了更高的要求。在加强传统魔芋产业的同时，促进其由传统加工业向健康产业转型升级；继续发挥魔芋在优势学科上的作用，在交叉学科领域寻求更多的发展契机；发挥魔芋葡甘聚糖凝胶作为特征软物质研究对象的作用，开拓新的关注点。最近有研究发现，魔芋葡甘聚糖对直肠癌、胃癌、肝癌、乳腺癌等有显著的抗肿瘤效果，作用机制是其直接干扰固有肿瘤细胞的生物学过程，如促进肿瘤细胞凋亡、提高抗氧化活性和诱导肿瘤细胞自噬；通过改变肿瘤生长的环境间接影响肿瘤的发展；提高免疫调节作用，或作为药物载体发挥作用[30]。此外还发现，具有黏性的魔芋葡甘聚糖作为水溶性膳食纤维素补充剂能改善血糖控制的常规指标，这为糖尿病治疗提供了新的思路[31]。在今后的研究中，关于魔芋结构和物化特性与肠道健康和脑肠轴及微生物菌群的关系、糖脂吸收和代谢、能量摄入等方面的影响和调控的研究应该更加深入，特别是从分子水平揭示其作用机制，为发挥其健康效应提供理论支撑，扩大其生物学效应和运用范围。

3 结 语

1900—2018年以魔芋为主题发文1 425篇，其中Article和Review 1 344篇，占文献总数的94.32%。魔芋研究来自50个国家或地区，974个研究机构，分布在414个出版物中，集中在67个领域。

数据分析结果显示：1)从发文量指标来看，魔芋研究呈现相对稳定增长态势，发展势头良好，2009—2018年增速加快，这10年间发文量相当于过去一个多世纪(109年)的1.84倍，显示出极高的发展速度。2)从发文机构来看，近10年中国学者实现了全面超越，成为了魔芋研究的主力军。魔芋研究主要集中在华中农业大学、福建农林大学、湖北工业大学等高校的学术研究团队。3)从出版物来源来看，发文期刊主要集中在化学、高分子科学等领域，研究者的注意力主要集中在葡甘聚糖的流变和凝胶特性上，这与魔芋葡甘聚糖的结构和特性有关。4)从研究方向来看，魔芋研究涉及领域广泛，化学领域的研究和应用是持续受关注的研究方向，但近10年来在食品科学与技术、材料科学领域发文量增幅明显，显示了魔芋在食品产业、复合功能材料方面的研究越发受到重视。魔芋在农学领域的研究占比一直相对较少，考虑到魔芋是植物葡甘聚糖的主要来源和物质基础，魔芋农业领域的研究和实践将直接影响魔芋葡甘聚糖的科学研究和应用。魔芋在药理与制药领域的研究，相对10年前未得到更多的重视，在研究方向中已不在前10位的行列，这与魔芋葡甘聚糖在传统医学中的诸多作用的发挥是匹配的。5)从研究热点看，近10年来关于魔芋葡甘聚糖及其与其他多糖和蛋白质复合体系的凝胶性、流变行为以及作为功能性复合材料的重要组分的研究是重点，而对于其作为优质膳食纤维的健康功效上的研究也日趋受到关注。随着经济社会的发展及人们对自身健康的重视，关于魔芋的健康功效的研究必将吸引更多国家和地区的科学工作者的关注。