基于小球藻高价值应用的文献计量分析外文翻译资料

 2022-08-06 09:08

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基于小球藻高价值应用的文献计量分析

摘要

这项基于文献计量学的综述分析了1010篇关于小球藻高价值应用的已发表文章（1990年至2018年中期）的趋势，并通过出版物数量及其分布、发行机构和国家或地区、来源和研究方向、以及核心作者和关键字来说明了全球范围内的演变和最新趋势。结果表明，文章数量激增，中国、美国、墨西哥和日本是该领域的主导国家。与该主题最相关的期刊是生物资源技术和水生生物学，研究主要集中在海洋和淡水生物学、生物技术和应用微生物学、能源和燃料、食品科学和技术以及环境科学。总体而言，文献计量分析表明，小球藻的应用研究是非常活跃的领域，未来的研究将用于基因工程藻类的构建、高密度和低成本的培养系统、有效的收获和分离技术、高效的能量转化、综合光生物反应器和分子生物学技术。废水处理、CO2生物固定化、生物量生产以及通过培养微藻类生物合成有用物质是有前途的研究领域。

关键词：小球藻 高价值应用 文献计量图 引文 生物燃料

介绍

微藻是一类在地球上生活了34亿年古老的低等植物：最古老的微藻（蓝细菌）在澳大利亚西部的化石中被发现（Safi et al. 2014）。直到1910年，Allen和Nelson才开始种植纯硅藻来饲养各种无脊椎动物，从而开始了有关微藻生物学应用的研究工作（Becker 2004）。由于微藻具有巨大的经济潜力，自1950年以来，微藻应用研究的发展迅速增加（Ali and Watson 2015; Atabani et al. 2012）。据统计，从1953年到1993年的40年中，涉及微藻的应用共有271项专利，平均每年授予6.8项（Deng 2016），特别是在1981年至1993年的10年中，专利数量达到194项，平均每年授予16.17项专利（Zhu et al. 2016; Deconincka et al. 2018）。小球藻自25亿年前的寒武纪开始就存在于地球上，正如1890年来自荷兰的Martinus Willem Beijerinck首次发现的那样，小球藻是迄今为止分析的40000种微藻中商业化使用的少数几种藻类之一，也是当今世界上种植最多的植物之一（Hu et al. 2008; Safi et al. 2014）。

小球藻最早的应用研究是由德国科学家在二十世纪早期进行的研究，由于其中含有丰富的蛋白质（55-65%）而引起了人们的广泛关注。但真正从基础研究向应用研究的转变始于第二次世界大战，之后人口迅速增长，食品供应往往不足，因此小球藻被广泛用于微藻营养食品的研究，如片剂（Begum et al. 2016）、提取物和胶囊，以缓解蛋白质的短缺（Safi et al. 2014; Wu et al. 2012）。1961年日本首次采用人工培养法生产小球藻保健食品，目前日本小球藻保健食品爱好者已达300万人，到1975年（1986年）年产值达300亿日元。此后，小球藻在食品领域的应用得到大规模推广，小球藻饮料、小球藻面包、小球藻面条相继问世，日本也成为小球藻食品研究领域的领军国家（Ogbonna et al. 1997）。然而，由于小球藻本身具有特殊的藻类气味，小球藻营养食品的出版量不断下降，在生产含有小球藻的食品时，一般需要添加适当的辅料或其他物质来掩盖其本身的异味，效果往往不尽如人意。另外，小球藻粉中绿松石较厚，藻类细胞易在溶液中沉淀，影响饮料的外观。因此，如何去除小球藻的藻味，提高小球藻的色泽和品质，已成为小球藻食品研发和推广中亟待解决的两大问题（Muysa et al. 2019; Chen et al. 2016）

关于生物燃料，可以使用藻类生产生物燃料的概念是60年前提出的，但由于成本高，直到近几年才被广泛研究，随着化石燃料价格的大幅上涨和人们普遍认为化石燃料的燃烧是主要的全球变暖的原因，微藻生物柴油产业化的发展再次引起广泛关注和研究（Raheem et al. 2015）。随着小球藻研究的不断深入，其积累脂质的巨大潜力得到了肯定，Benamotz（1995）表明，在缺氮条件下，小球藻的含油量可以达到70-80％及其脂肪酸结构适合于生物柴油的生产，具有氧化稳定性和转化后的其他性质（Moreno-Garcia et al. 2017; Converti et al. 2009，这有可能开发新的生物能源作为生物柴油的原料。然后人们开始将研究作为一种生物燃料的用途，这已成为对小球藻有兴趣的工作者最受欢迎的研究方向(Chen et al. 2015），而原生小球藻和普通小球藻是目前用于石油发酵的主要藻类（Widjaja et al. 2009）。

关于家庭和工业废水的处理，小球藻具有独特的代谢方式，可以利用太阳能和无机物质通过光合作用合成自身的原生质体（Abdelraouf et al. 2012）。小球藻不仅对污水中的氮，磷和其他营养物质具有良好的去除效果，而且还可以吸附重金属，使用无机盐、降解农药、烷烃、酚类、邻苯二甲酸盐和其他有机化合物。 但是，小球藻只能吸附而不能清除污水中的重金属离子。因此，在用小球藻处理废水之前，必须先通过其他方法对其进行处理（Wang et al. 2010; Ge et al. 2018）。 只有这样处理后的水才能用于农田灌溉和工业生产，藻类中的重金属含量不超过标准，并且可以用作动物饲料，饵料，人类潜在的食品或精细化工原料。

自21世纪以来，研究人员发现小球藻具有抗癌和免疫调节的特性，Justo等 （2001）将小球藻提取物注入患病的老鼠，发现被感染的小鼠存活时间被延长。 除了研究小球藻的应用外，科学家还研究了其衍生方面，包括减少温室气体的二氧化碳排放量（Seth and Wangikar，2015）、小球藻种类的选择（Cohen and Ratledge，2010）、涉及光生物反应器的培养和影响因素、收获和剩余生物量利用（Kumar et al. 2010; Michael et al. 2015）。

为了全面系统地概述小球藻的高价值应用趋势，我们检索并分析了1990年至2018年间发表的所有与小球藻在各个领域的应用相关的论文，从而获得了一个随时间推移的趋势概述，并跟踪了小球藻应用研究的最新进展，以及对这一领域未来发展的看法。

材料和方法

数据源和搜索策略

文献计量分析是基于科学网核心数据库进行的，其中包括科学引文索引扩展（SCIE）、社会科学引文索引（SSCI）和艺术与人文引文索引（Aamp;HCI）等，这些被广泛认为是为科学研究生成引文数据的最有用工具同时也是高质量论文的有效来源（Meho and Yang 2007; Geng et al. 2017）。我们于2018年10月10日检索了1990年至2018年之间与小球藻高价值应用相关的文件。在我们的研究中考虑了文献类型（文章，评论，书籍章节和会议论文），但未考虑新闻条目，社论材料等。

采用文献计量学方法对WOS数据库中有关小球藻高价值应用的全球SCI文献进行分析。使用标题为TS =（“ Chlorella appl *”或“ Chlorella u *”）的搜索查询，收集了约1010份文档，并引用了文章类型的WOS数据库高级搜索的摘要和关键词。

研究生产力的统计分析与指标

对输出数据进行了分析，以建立一个信息框架和若干生物计量指标的综合视角，这些指标被视为定量和定性指标[发表文献数量的日期和增长率、期刊名称及其影响因子（IF）、作者、国家或地区文献、数量以及引文的演变、国际合作模式、文献类型和流行的兴趣领域（Zhang 2010）。此外，还使用了气泡图，交叉关系图和表格之类的分析工具（Suganya et al. 2016）。

h-index，一种被定义为引用次数大于或等于h的出版物数量指标，代表研究人员、国家或地区、机构、期刊和其他参数的研究生产率（Hirsch 2010）。在本文中，基于h指数分析了已发表研究的总引文。 在进行研究内容分析时，作者关键词也是有用的工具，有助于为未来的科学提出新的建议（Suganya et al. 2016）。

结果和讨论

小球藻相关科学出版物高价值应用的科学产出演变分析

图1a显示了出版物数量的演变：在1990年至2018年之间，科学研究生产率的增长速度适中，在2010年之前，关于小球藻高价值应用的出版物数量很少，增长速度非常缓慢，但在2010年之后的这段时期内趋势明显。使用多元回归分析对趋势进行分析，多项式回归分析显示该值最高，R2 = 0.8798，呈上升趋势。我们还发现论文的年产量增加了，年均34.8份。 这种趋势与世界微藻生物能源的研究进展相吻合，例如美国的水生物种计划，该计划于1978年开始，但由于成本高昂且工业化困难而于1996年终止，然后受到 全球石油价格方面，该项目于2007年重新启动；英国还在2009年启动了一个项目（ABC：藻类生物燃料）来挑战藻类生物燃料（Singh and Gu 2010）。 因此，我们有理由相信，2010年后关于小球藻应用的文章数量的快速增长与生物燃料研究有关，这也说明小球藻可能在不久的将来成为生物燃料的潜在来源之一。

关于小球藻高价值应用的大多数出版物（833；82.48％）均为文章。第二和第三位是评论和会议论文，分别占小球藻应用出版物的10.69％和6.53％，而书籍章节仅占0.30（图1b）;因为大多数研究是在国际期刊上发表的文章， 95.61％的文档中以英语为主，最常用的语言是英语。 图1c显示了所使用的十种主要语言的分类。

发行机构、国家或地区分布及合作分析

所有文章均由来自75个国家的779家机构发表。表1列出了排名前20位的机构，占所有出版物的26％以上。在这些顶级机构中，有17位来自亚洲（10个来自中国，3个来自日本，3个来自印度，1个来自马来西亚）和3个来自非亚洲（墨西哥、西班牙和荷兰各有一个）。值得注意的是，来自中国的机构占了一半（中国大陆八个，台湾一个，香港一个），这是中国积极参与这一领域的真实体现，其结果与Garrido-Cardenasa等人（2018）的报告相似。尽管对中国小球藻的研究起步较晚，但后续发展非常迅速，这也充分表明，中国对小球藻的高贡献率主要取决于人口规模、社会经济地位和整体科学活动（Miroacute; et al. 2009），而中国对全球研究的总贡献已经上升到世界第二位，仅次于美国（Sun and Cao 2014）。就文章数量而言，墨西哥国立自治大学以63篇文献（6.53％）排名第一，其h指数也最高，其次是中国科学院（28; 2.77％），尽管第一篇文章的发表时间较晚，但随后的发展更为迅速，每年产生2-5篇文章。 科学与工业研究理事会（18; 1.78％），长崎大学（15; 1.49％）和赫尔瓦大学（11; 1.09％）紧随其后。

如果按国家或地区而不是按机构进行分析，则排名会改变。 图2a显示了一张世界地图，其中每个国家的科学生产都以彩色突出显示：在全球区域层面上，亚洲地区生产力最高（521; 51.58％），其次是北美（217; 21.49％），拉丁美洲（139; 13.76％）和欧洲（93; 9.21％），而非洲的生产力最低（40; 3.96％），其中大多数国家未进行相关研究。 将按国家或地区划分的科学生产价值标准化（表2），结果显示第一名被中国大陆占据（182; 18.02％），其次是美国（106; 10.50％），墨西哥（98; 9.70 ％），日本（82；8.12％），印度（74；16.44％），除墨西哥外，这些国家的文章数量同比增长，排名前20位的所有国家或地区的文章数量都开始逐渐增加（图2b）。如果从引用率的角度来看，在研究期间，美国以超过3208篇引文排名第一，其次是中国大陆（1782篇）、葡萄牙（1650篇）和澳大利亚（1492篇）。值得注意的是，无论是机构的排名还是国家的地理分布，较早开始研究微藻的美国和英国等国家在发表的文章中并不占优势，这主要是因为不同国家对每种微藻的兴趣不同，美国主要研究衣藻和微绿球藻；西班牙主要研究褐指藻和等鞭藻(Garrido-Cardenasa et al. 2018)。

图1小球藻高价值应用的科学输出演变。 a 1990年至2018年全球发布的文件数量。b小球藻高价值应用的文献类型分布。c使用的主要语言和出版物数量




表1小球藻高价值应用中生产力最高的前20强机构

为了探索国家或地区之间的合作关系，我们建立了前20个国家或地区的交叉关系图（图2c），并结合了SP指数（表2，其中SP表示出版物的份额）， 重新分析了数据。节点的大小与已发布文档的总数成正比，节点越大，出版物越多。 线表示两个国家或地区的合作关系，线越粗，协作越强。中国大陆和美国是与其他12个国家或地区开展合作的最活跃国家，两国之间有着牢固的合作关系，这表明中国已成为研发支出和发展迅速的强国。在过去的十年中研究能力增长迅猛（Yang 2013）。其次是德国（10）、印度（9）和西班牙（9）。另一方面，澳大利亚的SP值最高，在总共33条发表的文章中，有62.50％的论文是与其他国家合作完成的。 紧随其后的是荷兰（SP：60.00％），加拿大（SP：57.14％）和意大利（SP：56.52％），但由此产生的论文总数相对较少。

前20名出版物来源和研究领域分析

识别期刊和研究领域对于进行文献综述的学者和从业者至关重要，也有助于读者更好地了解信息。表3列出了在小球藻文献

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