基于Cite Space对螺旋藻藻蓝蛋白的研究进展与热点分析

王丽梅1,西妮1,穆文静1*,苏小军2,张永明1,3*

1(内蒙古师范大学 生命科学与技术学院,内蒙古 呼和浩特,010022)2(达拉特旗展旦召苏木综合保障和技术推广中心,内蒙古 鄂尔多斯,017000)3(内蒙古大溪生物科技有限公司,内蒙古 呼和浩特,010000)

摘 要 螺旋藻(Spirulina)藻蓝蛋白具有独特的理化特性及生理功能,是药物、食品和化妆品的天然原料,具有较大的开发潜力。为探讨螺旋藻藻蓝蛋白的研究现状与发展前景,对中国知网和Web of Science数据库中1990—2023年发表的文献进行检索并筛选,使用Cite Space软件对文章发文量、研究团队及研究热点进行图谱分析。综合分析可知,国内年发文量偏少,呈平稳趋势;国外年发文量持续上升,尤其近几年发文量迅速增长,且发文量超过了100篇;国外研究热点集中于藻蓝蛋白在食品、医药行业的应用方面,而国内研究热点集中在提取纯化、稳定性、功能活性的研究与应用,下一步应结合研究现状开发适合规模化生产的提取纯化工艺,进一步加强藻蓝蛋白研究的广度与深度;国内外研究群体主要是高校的相关生物技术学院或研究机构等,总体来讲,学者间存在较为密切的合作,但研究机构间尚未形成紧密的合作关系,在地域上比较分散,各大高校和研究机构应突破地区或机构间的各种限制,促进该研究领域的深度融合和快速发展,深入挖掘藻蓝蛋白在各个领域的潜在应用。

关键词 螺旋藻;藻蓝蛋白;Cite Space软件;文献计量学;热点分析

螺旋藻(Spirulina)是一种原核多细胞低等植物,没有细胞核,是由单细胞或多细胞组成的丝状体[1],富含人体所需的多种氨基酸[2]、维生素、矿物质元素、不饱和脂肪酸、类胡萝卜素、多糖等生物活性物质[3],是人类理想的食物及药物原料。螺旋藻中富含蛋白质,含量接近干重的55%~70%[4],根据藻胆蛋白吸收光谱的不同,可分为藻蓝蛋白、别藻蓝蛋白、藻红蛋白、藻红蓝蛋白[5],其中,藻蓝蛋白是一种具有生物活性的色素蛋白,在螺旋藻细胞中普遍存在,随着人们对藻蓝蛋白的深入研究,其生理活性及功效不断被各界人士所熟知。藻蓝蛋白是一种天然色素,且颜色鲜艳,通常被用作食品和化妆品的天然染料,从而取代合成染料[6];有些研究者还基于藻蓝蛋白的荧光特性制备了藻蓝蛋白荧光探针,应用于免疫层析技术[7];除此之外藻蓝蛋白还具有抗炎及抗氧化[8]、肝肾保护功能[9-10]、增强免疫力[11-13]、降血糖、降血压[14]和抗肿瘤[15-18]等功效。因此,螺旋藻藻蓝蛋白广泛应用于医疗保健品和功能性食品,被称为“人类21世纪最佳保健品”[19],具有极大的药物开发潜力。

本文基于中国知网(CNKI)和Web of Science(WOS)数据库中对螺旋藻藻蓝蛋白研究的相关文献,运用Cite Space软件,采用综合数学及统计学方法[20],进行年度发文数量、研究团队及研究热点的可视化分析,生成相关图谱,深入探讨螺旋藻藻蓝蛋白的研究热点及前沿趋势,宏观把握藻蓝蛋白研究的整体情况,为其后续研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 数据来源

基于CNKI和WOS数据库,在高级检索页面以“螺旋藻藻蓝蛋白”为主题,时间范围截至2023年6月,检索出相关文献,筛选并剔除与主题无直接关联的科技成果文献,最终从CNKI和WOS数据库中分别获得文献242篇和1 320篇。

1.2 研究方法

使用Cite Space可视化分析软件,对获得的“螺旋藻藻蓝蛋白”研究领域文献进行计量,绘制相关知识图表。在图表分析的基础上深入阅读文献,总结和归纳出螺旋藻藻蓝蛋白的研究现状及热点。CNKI数据获取流程如下:首先建立4个文件夹,文件夹分别以data、input、output和project命名;其次,打开中国知网,从中国知网高级检索界面输入关键词“螺旋藻藻蓝蛋白”进行检索,勾选出所有与主题相关的文献并导出,以“Refworks”格式获得数据,存入input文件夹;打开Cite Space软件,在“Data”功能区选择“CNKI”,在弹出的2个文件选项框里分别对应打开已建好的input和output文件夹,然后点击“CNKI Format Concersion”选项框进行数据转化,将转化好的数据从output文件夹复制到data文件夹;在Cite Space软件中新建项目,“Title”框输入“螺旋藻藻蓝蛋白”,在对应文件选项框里选择已建好的project和data文件夹,选择“CSSCI”,点击“save”,即项目已建好;然后在功能选择区选择要分析的作者、机构和关键词等功能选项,点击“GO”、“Visualize”,最后获得可视化结果。WOS数据获取与上述步骤一致,唯一区别在于在导出文献时点击“其他文件格式”,在文件格式框里选择“纯文本”格式即可获得转化数据。

2 结果与分析

2.1 螺旋藻藻蓝蛋白年度发文数量分析

从CNKI和WOS数据库筛选出的国内外对螺旋藻藻蓝蛋白研究性文献发文量随年度变化的情况如图1所示,国内第一篇关于螺旋藻藻蓝蛋白研究的文献《红外辐射改变螺旋藻中藻蓝蛋白聚集态的光谱分析》[21]在1991年刊登;1991—1995年年发文量较少,自1996年开始发文量增多,2008年达到顶峰,为12篇;2006—2010年期间螺旋藻藻蓝蛋白获得了研究者们的关注,开始对藻蓝蛋白的提取纯化及应用进行深入研究;2010年之后,发文量趋于稳定,平均每年发文量5篇左右,其原因可能是藻蓝蛋白的研究遇到了瓶颈期。通过阅读相关资料,整理了近段时间面临的三大难题:一是我国对螺旋藻现有的养殖技术仍较传统,导致细胞密度偏低,大规模生产时,螺旋藻本身产率受限,从而使获得藻蓝蛋白的成本升高;二是国内对螺旋藻的功能成分研究不足,居民对藻蓝蛋白保健品的认知度不高,市场萎靡,产品无法升级,通过阅读近几年发表的文献,对藻蓝蛋白的研究大多集中在稳定性、提取和纯化技术上;三是藻蓝蛋白在许多行业常见的高温下不稳定,提取纯化技术较为传统,产率低,没有稳定、经济、高效的商业化生产制备工艺。因此,创新利用现代生物工程方法培养螺旋藻,提高藻蓝蛋白稳定性,开发经济高效的大规模生产工艺是亟待解决的问题。

图1 1990—2023年国内外螺旋藻藻蓝蛋白研究发文量分布
Fig.1 Distribution of research papers on phycocyanin of spirulina at home and abroad from 1990 to 2023

国外对螺旋藻藻蓝蛋白的研究发文量逐年增多,尤其到2018年之后,发文量迅速增长,每年发文量超过了100篇,说明螺旋藻藻蓝蛋白的潜在价值引起了研究者们的广泛关注。与国外相比,国内对藻蓝蛋白的研究发文量偏少,国内学者对螺旋藻的研究关注度有限。阅读文献发现,国外对藻蓝蛋白研究的关注度更高,提取纯化技术较国内更成熟,分析级藻蓝蛋白需从国外进口[22]。我国螺旋藻的研究发展起步较晚,与国外相比还有很大差距,缺乏相应的技术支持,藻蓝蛋白制备技术大多停留在实验室阶段,螺旋藻产业技术创新落后,参与者过少;国产产品性能较弱,其他国家的螺旋藻产品功能性强,深受市场欢迎;螺旋藻生产企业在产品创新和技术创新方面不够积极,行业竞争力不足。因此,通过年度发文量的比较,应提高对藻蓝蛋白研究的关注度,加大对藻蓝蛋白提取工艺及应用的研究,在已有成果的基础上发展和创新藻蓝蛋白的提取应用,加深功能性研究,研制国产分析级藻蓝蛋白。

2.2 国内外研究力量分布分析

良好的科研合作关系有助于学术研究的集成创新,促进学科体系走向成熟。从宏观角度,科研合作包括机构合作和作者合作2个层次[23]。以CNKI和WOS数据库中的文献为来源,对Cite Space的相关参数进行调整,绘制螺旋藻藻蓝蛋白研究者间(图2、图3)及机构间(图4、图5)合作网络图谱,以此识别螺旋藻藻蓝蛋白研究的中坚力量。图谱中网络密度值反应合作的强度,其值越大,说明合作的趋势越明显。

图2 CNKI数据库中作者间合作网络
Fig.2 The author cooperation network in CNKI database

图3 WOS数据库中作者间合作网络
Fig.3 The author cooperation network in WOS database

图4 CNKI数据库中研究机构间合作网络
Fig.4 The network of research inter-agency cooperation in CNKI database

图5 WOS数据库中研究机构间合作网络
Fig.5 The network of research inter-agency cooperation in WOS database

由图2、图4可看出国内科研合作关系,无论是作者间合作还是机构间的合作都较为分散,二者的网络密度值分别为0.009和0.004 3。发文量排名前10位的作者如表1所示,其中王雪青、庞广昌、郑文杰、张少斌、杨芳、黄峙等人对螺旋藻藻蓝蛋白的研究贡献较大,发表文献5~7篇。根据文献计量学,核心作者的识别常使用普赖斯定律,其公式为:式中umax指最大发文篇数,将发文量在N篇及以上的作者可视为该领域的核心作者[24]。经计算N≥2即可视为核心作者,根据Cite Space后台统计,有74位学者满足这一要求,说明这74位学者是国内该领域的主要研究力量。由图2 CNKI作者间合作图谱结果显示,节点数为410,连线数为752,连线数多于节点数,说明国内在该邻域有重要贡献的研究者之间存在紧密的合作关系。

表1 CNKI数据库中发文量排名前10的作者
Table 1 The top 10 authors in the CNKI database

发文量/篇作者起始时间/年发文量/篇作者起始时间/年7王雪青20085黄峙 20066庞广昌20084刘杨 20086郑文杰20044秦松 20136张少斌20044张发宇20175杨芳 20044汪家权2017

由图3、图5可看出国外科研合作关系,作者间合作和机构间合作的网络密度值都较小,分别为0.003 6和0.002 8,与国内相比合作强度更弱,但个人或机构发文量较国内多,其发文量排名前10位的作者如表2所示,其中VIEIRA和JORGE等自2015年起至今发文量最多,为21篇,根据普赖斯公式计算,N≥3即可视为核心作者,经统计有75位学者满足要求,说明这75位学者是国外该领域的主要研究力量。由图3 WOS作者间合作图谱结果显示,节点数为725,连线数为935,连线数多于节点数,说明国外对该邻域有重要贡献的研究者之间存在紧密的合作关系。综合分析可知,与国外相比,国内最高产学者发文量较少,且该邻域所有研究者明显少于国外,研究团队相对不够壮大。

表2 WOS数据库中发文量排名前10的作者
Table 2 The top 10 authors in the WOS database

发文量/篇作者起始时间/年发文量/篇作者起始时间/年21COSTA J A V20158MARKOU G201911KALIL S J20158ABBASPOUR-RAD A20189QIN Song20168DE MORAIS M G20169CHEN Tianfeng20067CHAMORRO-CEVALLOS G20099HAO Shuai20187COLLA L M2005

由表3可知,沈阳农业大学生物科学与技术学院自2006年起至今发文量最多,对藻蓝蛋白研究的贡献较大,其发文量为5篇,研究机构多是高校的相关生物技术学院。由图4 CNKI机构间合作图谱结果显示,节点数为211,连线数为96,连线数少于节数,说明国内研究机构间还未形成紧密的合作网络。由表4可知,Chinese Acad Sci自2000年起至今发文量最多,为49篇,在藻蓝蛋白的研究方面优势突出。其研究机构多是高校和生物研究所。由图5 WOS机构间合作图谱结果显示,节点数为521,连线数为321,连线数少于节点数,说明国外研究机构间还未形成紧密的合作网络。总体来看,国内外藻蓝蛋白研究机构间均未形成紧密的合作关系。

表3 CNKI数据库中发文量排名前10的机构
Table 3 The top 10 institutions in the CNKI database published papers

发文量/篇研究机构起始时间/年5沈阳农业大学生物科学与技术学院20064中国药科大学生命科学与技术学院20084暨南大学化学系20044合肥工业大学20164暨南大学生命科学技术学院20034中国海洋大学20024合肥工业大学资源与环境工程学院20173鲁东大学生命科学学院20063浙江大学20033中国科学院海洋研究所2005

表4 WOS数据库中发文量排名前10的机构
Table 4 The top 10 institutions in the WOS database published papers

发文量/篇研究机构起始时间/年49Chinese Acad Sci200025Fed Univ Rio Grande200923Inst Politecn Nacl200217Zagazig Univ201616Ocean Univ China200515Jinan Univ200612Fundacao Univ Fed Rio Grande200710Univ Fed Rio Grande200910Cent Salt & Marine Chem Res Inst20049Beijing Technol & Business Univ2018

2.3 关键词共现分析

关键词作为一篇文献内容的凝练,其出现频率往往能反映出某一领域的研究热点。基于Cite Space软件对关键词的分析来认识螺旋藻藻蓝蛋白研究的热点。

运用Cite Space分别获得了CNKI和WOS为来源的文献关键词共现图谱(图6、图7)。图谱中的节点大小表示关键词出现的频率高低,节点越大表明对该研究内容的关注度越高。图谱显示,国内对螺旋藻的研究主要集中在藻蓝蛋白的提取纯化、稳定性及抗肿瘤等几个方面;国外对螺旋藻的研究种属类较多,主要有螺旋藻类、微藻类、普通小球藻类等,对螺旋藻组成成分的研究主要集中在藻蓝蛋白和C-藻蓝蛋白生物活性的应用方面,排名前10的高频关键词如表5所示,由关键词的出现频率可推断出主要研究有抗氧化剂、氧化应激、抗炎活性和净化修复等。通过分析国外的研究,可以了解更多关于藻蓝蛋白的研究方向,进一步加强藻蓝蛋白研究的广度与深度。

图6 CNKI数据库文献关键词共现图
Fig.6 CNKI database literature keyword co-occurrence diagram

图7 WOS数据库文献关键词共现图
Fig.7 WOS database literature keyword co-occurrence diagram

表5 WOS数据库中排名前10的高频词
Table 5 Top 10 high-frequency words in WOS database

关键词中心性频次c-phycocyanin0.04167spirulina platensis0.03165microalgae0.0673purification0.0368phycocyanin0.0366antioxidant0.0361arthrospira platensis0.0957oxidative stress0.0656growth0.0554extraction0.0252

提取出CNKI数据库中相关文献的关键词,依据出现频率排名前十的关键词如表6所示,可推断出国内正在攻克藻蓝蛋白的稳定性、分离纯化及生产分析级藻蓝蛋白。通过阅读近几年的文献,发现提高藻蓝蛋白稳定性的方法有添加防腐剂或稳定剂、化学交联法、制作微胶囊或纳米颗粒、脂质体包埋等技术。添加稳定剂是提高藻蓝蛋白稳定性最主要且最简单的方法,大多数研究都集中在使用添加剂来提高其稳定性,该方法简单易用,不需要复杂的设备,但要求稳定剂低毒无害且添加剂量较大[25]

表6 CNKI数据库中排名前10的高频词
Table 6 Top 10 high-frequency words in CNKI database

关键词中心性频次藻蓝蛋白1.44196螺旋藻0.3286稳定性0.0428纯化0.0916分离纯化0.0113提取0.0812多糖0.069盐析0.038光谱0.048萃取0.136

目前具有发展前景的提高藻蓝蛋白稳定性的方法有制作微胶囊或纳米颗粒、脂质体包埋等。PRADEEP等[26]运用测定藻蓝蛋白在不同pH、温度条件下稳定性的方法,研究了不同浓度的海藻酸盐对微滴形成的影响,结果表明,用2.5%的海藻酸盐包被藻蓝蛋白,形成尺寸大小为1.2 mm的藻蓝蛋白-海藻酸盐微球,该微球不仅可以保护藻蓝蛋白在高温下的原生性,又可以稳定藻蓝蛋白的结构。

脂质体包埋技术不仅具有提高产品稳定性和生物利用度的特点,还具有缓释性和靶向性,其作为药物载体在疾病靶向给药治疗方面极有潜力[27]。MANCONI等[28]研究了壳聚糖和黄腺嘌呤之间的聚电解质复合物包裹的脂质体,研究结果表明负载C-藻蓝蛋白的壳聚糖-黄原胶脂质体具有良好的肠道黏附性,可以延迟药物在胃肠道的释放,从而提高药物的口服生物利用度,可作为口服蛋白质的潜在递送系统。

2.4 关键词聚类分析

在关键词共现基础上,利用局部线性回归算法对关键词进行聚类分析,生成关键词聚类图谱如图8、图9所示,以网络模块值(Q)和平均轮廓值(S)这2个指标作为图谱有效性的评判依据,Q>0.3说明网络结果显著,S≥0.7说明聚类分析结果令人信服[29]。图8显示,CNKI关键词共聚9类,Q=0.517 1 (>0.3),聚类结果显著,S=0.887(>0.7),聚类结果可信,关键词聚类基本情况如表7所示。图9显示,WOS关键词共聚11类,Q=0.477 4(>0.3),S=0.752 4(>0.7),聚类结构显著且结果可信,关键词聚类基本情况如表8所示。

图8 CNKI数据库文献关键词聚类图
Fig.8 CNKI database literature keyword clustering diagram

图9 WOS数据库文献关键词聚类图
Fig.9 WOS database literature keyword clustering diagram

表7 CNKI数据库关键词聚类分析
Table 7 CNKI database keyword cluster analysis

聚类编号聚类标签规模轮廓值时间/年主要内容#0萃取 660.9442010离子交换层析;双水相萃取;高压匀浆破碎;基因治疗#1螺旋藻 500.8092010人工诱变;高附加值成分;响应曲面法;低温烘干#2提取 350.7822007液相色谱;SDS-PAGE电泳;提取方法;光学性能#3稳定性 260.8892011水华蓝藻;理化指标;活性物质;响应面优化试验#4分离纯化210.892014分离纯化;预测模型;酶解产物;三相萃取#5圆二色谱200.9632004吸收光谱;活性构象;圆二色谱;异藻蓝蛋白;荧光光谱#6抗肿瘤 170.8512007钝顶螺旋藻;辐射防护;信号传导;细胞凋亡#7裂合酶 130.9562010钝顶螺旋藻;自我催化;结构预测;基因克隆#8氨基酸 110.9662007血清生化指标营养特性;生长性能

表8 WOS数据库关键词聚类分析
Table 8 Keyword clustering analysis of WOS database

聚类编号聚类标签规模轮廓值时间/年主要内容#0oxidatives stress500.7462020oxidative stress;spirulina platensis;chlorella vulgaris;cphycocyanin;antiin flamma-tory activity#1arthrospira340.7262021arthrospira platensis;fatty acids;blue-green algae;impedance analysis;boosting effect#2antioxidant activity340.6972020arthrospira platensis;arthrospira maxima;delay release;pplymeroptimization;for-mulation development#3antimicrobial260.8082020photodynamictherapy;biological macromolecules;nanoparticles;light;phycobili-some#4aqueous two-phase extraction260.7522021arthrospira platensis;food applications;arthrospira maxima;light sources;food pre-servatives#5beta carotene250.6632020C-phycocyanin;antioxidant activity;spirulian platensis;kappa carrageenan;systems#6galdieria sulphurar-ia230.7462021galdieria sulphuraria;single-cell protein;essential amino acids;photosynthetic pig-ments;wastewater treatment#7molecular docking190.8262021arthrospira maxima;mineral elements complexes;medium optimization;nitrogen sources;morphological adaptation#8microalgae protein160.8472020microalgae protein;protein conversion factor;oil-water interface;purifcation effi-ciency;isoelectric point#9caroteroids150.8362020spirulina platensis;lead acetate;spinal cord;spina cord injuury;gray matter#10cell disruption140.7382020arthvospiral platensis;electric fields;high-shear homogenization;hurdle approach;commercial starter cultures

综合图8、表7可知,第一聚大类是萃取,说明利用萃取法纯化藻蓝蛋白是目前国内研究的热点。阅读相关文献可知纯化藻蓝蛋白主要有双水相萃取和反胶团萃取2种方法,与传统的盐析沉淀、膜过滤、柱层析等纯化技术相比更加简单高效,并且具有纯度高的特点,因此更易于规模化应用。CHETHANA等[30]利用一步双水相萃取法从钝顶螺旋藻中提取C-藻蓝蛋白,在标准化条件下获得了纯度为4.32,产率约为79%的C-藻蓝蛋白,在本研究中双水相萃取被证明是一种有前景的替代方法,可用于钝顶螺旋藻中C-藻蓝蛋白的下游加工。PATIL等[31]采用一种将双水相萃取与离子交换色谱结合的新方法,将C-藻蓝蛋白粗提物通过用壳聚糖和活性炭初纯化后进行双水相萃取,使纯度从3.96提高到了5.22,再进行一步离子交换色谱使纯度达到了6.69。壳聚糖吸附-双水相萃取-离子交换色谱相结合的提纯方法是迄今为止报道的分离提纯最有效的方法。甘林火等[32]评估了用十六烷基三甲基溴化铵反胶团萃取分离普通念珠藻中的藻蓝蛋白,采用pH=4.0、3 mol/L KBr反萃液反萃取藻蓝蛋白,反萃取率可达98.5%,纯度可达16.8,其纯度可以达到商业化标准。以上研究结果均表明双水相萃取和反胶团萃取能高效分离、浓缩和纯化蛋白质,在螺旋藻藻蓝蛋白的提取纯化中能发挥良好的效果。由图7、表8可知,第一大聚类是氧化应激,说明国外对藻蓝蛋白的氧化抗炎活性关注度较高,主要研究藻蓝蛋白在化妆品及医疗保健行业的应用。

2.5 螺旋藻藻蓝蛋白研究趋势分析

不同年代不同科学技术下所形成的研究内容和热点不同。关键词时间线图(图10)可从时间维度上显示关键词的变化,各个聚类对应的横线长度代表该聚类的时间跨度[33]。关键词突现图(图11)可显示某段时间内活跃度高的关键词,能清楚说明研究热点的变化。

图10 CNKI数据库中关键词时间线图
Fig.10 Keyword timeline in CNKI database

图11 CNKI数据库中关键词突现图
Fig.11 Keyword burst in CNKI database

如图10所示,1993—2000年,研究内容主要集中在螺旋藻、蓝藻、藻蓝蛋白、藻胆蛋白、多糖、纯化、分离等;2001—2010年,研究内容聚焦在稳定性、分离纯化、提取、萃取、鱼腥藻、抗肿瘤、光谱、盐析、抗氧化等;2011年至今,研究内容主要有双水相、蓝藻水华、超细剪切、微胶囊、复合添加剂、荧光探针、两步盐析等。图11显示,1996—2005年,研究热点主要集中于螺旋藻及其组成蛋白、光谱特性、抗肿瘤的研究;从2008年开始至今,主要集中于藻蓝蛋白的提取,纯化,稳定性及荧光探针的研究。藻蓝蛋白稳定性一直是近几年研究的热点,其突现强度为2.12,持续时长为2016—2021年,提高藻蓝蛋白稳定性是国内面临的一大难题之一。

综合图10、图11分析,国内对藻蓝蛋白的研究除了有藻蓝素、提取纯化、稳定性外,其抗炎和抗肿瘤及蓝藻水华等方面的研究也受到了研究者们的关注。有学者研究表明藻蓝蛋白具有良好的抗炎及抗肿瘤活性,其在医疗保健行业发挥着重要作用[34-35]。藻蓝蛋白具有抗肿瘤的原因是由于藻蓝蛋白具有较高的促红细胞生成素活性,该活性具有促进骨髓造血功能的作用[36]。日本康派艾滋病研究所已有藻蓝蛋白能改善贫血、提高血色素的成功报道。韩敏敏[37]从体外与体内两方面分别探讨了钝顶螺旋藻藻蓝蛋白的抗肿瘤及其作用机制,实验结果表明,钝顶螺旋藻藻蓝蛋白对体外不同肿瘤细胞系均有广谱抗肿瘤活性,其作用机制是通过诱导肿瘤细胞凋亡蛋白和促进肿瘤细胞迁移蛋白来发挥抗肿瘤的作用;小鼠SW1990细胞瘤的体内实验表明藻蓝蛋白能够通过增强机体的免疫系统功能,以达到抑制肿瘤生长的目的,从而发挥抗肿瘤的作用。

如图12所示,国外2020—2022年研究内容可概括为两大类:一是藻蓝蛋白生物活性的研究与应用,即抗氧化剂活性及对细胞凋亡的影响;二是藻蓝蛋白、藻黄色素、类胡萝卜素等的双水相萃取及超声辅助提取。图13、图14显示了国外近六年的关键词突现强度,由图13可知,2017—2018年,国外学者关注的焦点为蓝绿藻、脂肪酸及藻胆体的研究,其突现强度为1.86~2.17;2018—2020年研究的焦点为藻蓝蛋白的动力学及其新陈代谢,其突现强度为0.5~0.76;由图14可知,2020—2022年研究热点为螺旋藻和类胡萝卜素的研究以及制作纳米颗粒和膨胀床吸附对藻蓝蛋白的稳定性和提取纯化的研究,其突现强度为0.58~1.16。

图12 WOS数据库中关键词时间线图
Fig.12 Keyword timeline in WOS database

图13 WOS数据库中2017—2020年关键词突现图
Fig.13 Keyword burst from 2017 to 2020 in WOS database

图14 WOS数据库中2020—2022年关键词突现图谱
Fig.14 Keyword burst from 2020 to 2022 in WOS database

综上,通过对国内外藻蓝蛋白研究趋势的分析,发现国内近年的研究趋势为藻蓝水华的研究治理;运用双水相萃取和两步盐析分离纯化藻蓝蛋白;制作微胶囊或添加复合添加剂以提高藻蓝蛋白稳定性的研究;制作荧光探针运用于分子生物学的研究,以及抗炎和抗肿瘤等活性的研究。国外近年的研究趋势为藻蓝蛋白抗氧化活性的研究与应用;运用双水相萃取和超声辅助提取纯化藻蓝蛋白、藻黄色素及类胡萝卜素,以及制作纳米颗粒和膨胀床吸附对藻蓝蛋白的稳定性和提取纯化的研究。

3 结论与讨论

基于从CNKI和WOS数据库中获得的螺旋藻藻蓝蛋白相关研究文献,使用Cite Space软件进行可视化分析,比较国内外的研究现状,总结了国内螺旋藻藻蓝蛋白的研究热点和进展。得出以下结论:a)螺旋藻藻蓝蛋白的研究内容相对丰富,从螺旋藻藻蓝蛋白光谱分析、分离纯化逐渐过渡到对作用机理和应用价值的研究。b)国内螺旋藻藻蓝蛋白研究数量偏少,最高产学者发文量明显少于国外,学者间存在较为紧密的合作关系。c)研究机构比较分散,彼此间合作较少,目前还没有形成紧密合作的研究机构网络。因此各大高校和研究机构应突破地域或机构间的各种限制,努力实现该研究领域的深度融合和快速发展。d)根据关键词图谱分析发现,研究热点围绕着藻蓝蛋白的提取纯化、稳定性、生物活性及功能,以及在食品和医药领域的应用等研究。尤其因螺旋藻藻蓝蛋白具有抗肿瘤、抗炎作用,而在医疗保健品、功能性食品的开发应用方面备受学者们的关注。

我国在螺旋藻的研究方面已有几十年的历史,其研究发展相对缓慢,相比国外的研究,国内对螺旋藻藻蓝蛋白的研究较薄弱。国外藻蓝蛋白发文量明显高于国内,根据对国内外研究力量分布的分析,发现国外在该领域的研究队伍比国内庞大,参与者相对更多。北美、欧洲地区对保健品和植物性饮食的认知度很高,藻蓝蛋白作为保健食品在国外备受关注。近五年来,国外在藻蓝蛋白药理学及分子生物学研究方向的文献报道居多,药理学及肿瘤学研究文献有88篇,根据文献标题可判断出国外对藻蓝蛋白的研究主要集中在病理机制、药物研发、功能性食品的研究等方面。国内在该研究邻域的参与者较少且我国居民对保健品的认知度不高,对藻蓝蛋白的研究大多集中在技术性研究,而对藻蓝蛋白的功能性研究较少,因此应提高对螺旋藻功能研究的关注度,在突破技术研究难题的同时,着眼于疾病治疗和功能食品等更深层次的研究领域。

此外,国内对藻蓝蛋白研究相对薄弱的另一原因可能是起初螺旋藻的生产成本比较高,产业化养殖需使用化工原料,价格昂贵,重复利用率低,最终使得螺旋藻的生产成本升高。近年来有学者研究利用自然资源养殖螺旋藻而取得了一定成果,解决了螺旋藻养殖成本的问题,但是藻蓝蛋白的提取纯化需要一定的工艺成本,且藻蓝蛋白具有光、热不稳定性,以及酸碱致敏性,光照过强或温度过高易导致藻蓝蛋白变性而失去蓝色。虽然藻蓝蛋白在食品、医药和化妆品中的应用引起了人们的关注,但是它对环境条件的敏感性可能会阻碍新产品的开发,是目前藻蓝蛋白商业化应用面临的一大难题。而且由于藻蓝蛋白的提取纯化技术相对不成熟,现有技术不易规模化生产,导致其在应用上受到一定程度的限制。

4 展望

近年来,研究报道对藻蓝蛋白纯化收效好的技术有双水相萃取、反胶团萃取,这2种方法都可使藻蓝蛋白的纯度达到分析级,然而,由于双水相物料成本高,体系易乳化且新引入的杂质也为后续分离带来困难,这些问题限制了该方法在工业生产中的应用,并且我国仍面临着藻蓝蛋白的稳定性,提取纯化及规模化生产应用等难题。若想使藻蓝蛋白产业升级,现代生物工程技术不失为一种方法,如今现代生物工程技术比较成熟,不应仅研究传统的生物方法提高稳定性,优化提取、纯化条件等。

此外,国外已成功研制出多种藻蓝蛋白复合药品,我国藻蓝蛋白产品形式较单调,除藻粉、胶囊、片剂外,其他能保持藻蓝蛋白生物功能的多样化产品并不多,因此,生产分析级藻蓝蛋白,开发新型抗炎和抗肿瘤药品,丰富产品种类,进行产品的深加工显得尤为重要。总之,应在前人研究的基础上加深研究,改善当前研究的不足,研制自己的分析级藻蓝蛋白,研发相关产品,发挥螺旋藻的商业价值和科学价值。

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Research progress and focus analysis of phycocyanin from Spirulina based on Cite Space

WANG Limei1, XI Ni1, MU Wenjing1*, SU Xiaojun2, ZHANG Yongming1,3*

1(College of Life Science and Technology, Inner Mongolia Normal University, Hohhot 010022, China)2(Zhan Danzhao Sumu Comprehensive Security and Technology Promotion Center of Dalad Banner, Ordos 017000, China)3(Inner Mongolia DAXI Biotech Co.Ltd., Hohhot 010000, China)

ABSTRACT In this paper, Cite Space software was used to visually analyze the literature on phycocyanin in Spirulina from 1990 to 2023 in CNKI and the Web of Science database to understand the research progress of phycocyanin at home and abroad.Through the visual analysis of the number of literature publications, research teams, and literature keywords, it was concluded that the number of domestic publications was relatively small, and the research team was relatively not strong enough.The number of foreign publications continued to rise since 2018, and the annual number of publications was more than 100.Secondly, the domestic research focused on the extraction and purification of phycocyanin and the technical research on improving the stability of phycocyanin, but there were few studies on the functional application of phycocyanin.The foreign research focused on the phycocyanin antioxidant activity, anti-inflammatory activity, and other functional research, and concentrated on the application in the field of food-grade medicine.There was close cooperation among scholars both at home and abroad.However, research institutions had not yet formed a close cooperative relationship and were relatively dispersed geographically.Universities and research institutions should break through various regional or inter-institutional restrictions.In summary, while breaking through the technical problems of phycocyanin extraction, purification, and stability improvement, China should pay attention to deeper research and promote the rapid development of the phycocyanin industry.

Key words Spirulina; phycocyanin; Cite Space software; bibliometrics; hotspot analysis

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.037491

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第一作者:硕士研究生(张永明副教授和穆文静高级实验师为共同通信作者,E-mail:zhangyongming@imnu.edu.cn;m13848105857@163.com)

基金项目:内蒙古自治区科技创新引导项目(kcil-202218);内蒙古自然科学基金面上项目(2013MS0517)

收稿日期:2023-09-26,改回日期:2023-11-11