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本文通过 Web of Science 数据库对 2014-2024 年螺旋藻（Spirulina）在食品工业应用的 399 篇文献进行科学计量分析，揭示其研究热点、国家 / 地区分布、高频关键词等，探讨其作为可持续食品在营养强化、功能食品开发等方面的应用潜力与挑战。
1. 引言
食品与营养是所有生物生存和健康的基础。人口快速增长和城市化带来了食品、环境和经济稳定等诸多挑战，如粮食短缺、能源和水资源匮乏、碳排放增加和成本上升等。“蓝色食品” 概念被视为解决这些问题的创新思路之一。螺旋藻是一种营养丰富的丝状多细胞蓝藻，具有适应性强、无毒、生长速度快等特点，在功能食品和制药行业有广泛应用，因其兼具经济和环境友好性，对可持续食品系统做出重要贡献，被认为是超级食物之一。
螺旋藻自然生长在亚热带和热带地区，如亚洲、夏威夷、墨西哥和中非。美国食品药品监督管理局（FDA）已将其列为 “公认安全”（GRAS）类别，这一说法主要得到过去十年动物研究和人体临床试验的支持。历史数据显示，人类从 16 世纪开始食用从特斯科科湖提取并在特诺奇蒂特兰市场（今墨西哥城）销售的螺旋藻。1967 年，国际应用微生物联合会认可螺旋藻为潜在的食物来源。
螺旋藻富含多种必需营养素，包括蛋白质、矿物质、维生素、β- 胡萝卜素、铁等微量元素以及罕见的必需 γ- 亚麻酸，还含有多糖和藻蓝蛋白等生物活性化合物，是人类和动物的宝贵补充剂。可持续食物来源的需求和健康饮食意识的提高，凸显了螺旋藻作为有前途的可持续替代品在食品工业中的作用。近年来，含螺旋藻的产品数量显著增加，因其被纳入多种食品用于营销和着色目的。随着生物技术的进步，螺旋藻已成为当代食品市场的重要创新，融入面食、面包、零食、酸奶和饮料等产品中，其生物质主要用作营养补充剂，以干颗粒、颗粒或胶囊形式提供。
螺旋藻的常见种类包括极大螺旋藻（Arthrospira maxima）、钝顶螺旋藻（Arthrospira platensis）和纺锤螺旋藻（Arthrospira fusiformis），其干重近 60% 为蛋白质，类胡萝卜素、叶绿素和藻胆蛋白等有益化合物可用作具有生物技术应用的天然食用色素。随着螺旋藻需求的上升和趋势的兴起，因其营养价值，其养殖被认为是食品工业中人类和动物饲料的盈利部门。中国是世界上最大的螺旋藻生产国，有效利用生物技术每年生产全球 10% 的螺旋藻。此外，由于其抗炎、抗氧化和免疫调节活性，它还作为功能性食品成分，有助于治疗效果和整体人类健康。除食品外，螺旋藻还常用于化妆品、能源生产、废水处理和二氧化碳减排等其他领域。
近年来，关于螺旋藻的研究数量显著增加，出版物和引用次数不断上升，这一趋势凸显了螺旋藻潜在益处的科学和商业认可度不断提高。结合系统评价的全面科学计量分析进一步鼓励对螺旋藻的生物技术应用进行更深入的研究，特别是在食品工业中。本文将探讨螺旋藻在食品和功能食品领域的当前应用和潜力，探讨生物技术的影响、食用螺旋藻的健康益处以及从中衍生的合成化合物。通过这种系统评价和科学计量分析，旨在全面审视螺旋藻在食品工业中的作用，阐明其重要性和未来前景。
2. 材料与方法
2.1 探索性和描述性研究
本研究采用探索性和描述性方法，主要通过定量分析评估螺旋藻养殖及其在食品工业中应用的科学结果。利用科学计量技术识别文献综述中的模式和趋势，这种方法能够更全面地了解食品工业中生物技术进步的相关研究现状，同时强调机遇和未来前景，并突出挑战。最终，本研究的成果将提供实用知识和研究，除了确定螺旋藻在食品工业中应用的创新及其研究趋势外，还包括识别多产作者、国家和被引最多的期刊，同时探索使用生物技术的合作研究。
2.2 检索策略
检索使用 Web of Science（WOS）数据库（Clarivate，2024 年 9 月 14 日），包括数据库 SCI-EXPANDED、SSCI 和 A&HCI（科学引文索引扩展版、社会科学引文索引、艺术与人文引文索引）。本主题检索通过选择仅用英语撰写并在过去 10 年（2014-2024 年）发表的期刊文章进行了优化，以避免过时的数据。此外，关注较长时期的数据具有挑战性，因为结果可能难以分析。检索策略采用以下中心方程：TS=(螺旋藻) OR TS=(节旋藻) AND (TS=(食品工业) OR TS=(食品生物技术) OR TS=(功能食品))。应用过滤器仅包括直接关注该主题的相关研究，结果从原始文献中量化，避免综述文章、提前获取、会议论文和编辑材料。文件于 2024 年 9 月 14 日从 WOS 数据库导出，未考虑时间偏差以完全理解随时间的趋势，还使用科学计量软件包中的工具分析了年度增长、顶级期刊、多产作者、机构、地理分布、引文分析和关键词。VOS Viewer 1.6.20 版（Van Eck & Waltman，2010）软件工具用于可视化研究文章的关键词共现和共同作者国家模式。
2.3 科学计量分析
使用 R Studio 进行科学计量分析（Aria & Cuccurullo，2017）。为了处理数据，利用了 OpenXLS 和 R Studio 库的科学计量学，数据被转换为合适的格式并保存为.xlsx，以将结果导出到 Excel 文件，通过消除重复条目实现统一。关于分析方法，使用了科学计量软件中的默认配置，但排除了与主题无关的文献（Aria & Cuccurullo，2017）。
使用关于文献、作者、社会结构工具和概念结构的参考参数进行科学年度生产分析，创建了包含文献类型信息的科学年度生产图，并与全球引文信息和国家进行了对比。根据布拉德福德定律分析了核心来源的出版趋势和功能，这为该分析增加了额外的力度，分析来源以了解出版功能和趋势的观点。使用词云分析以图形方式分析这一点，在标题中分析单词的频率，以确定与该主题相关的方法和新兴趋势，增强 VOS 查看器的清晰度。关键词是根据来自 WOS 的查询选择的，手动选择了最合适的术语。此外，根据这些领域内的知识及其相关性生成了主题图，主题图中包含了与该主题相关的所有相关关键词，并手动删除了相似的关键词以完善该分析。该分析侧重于螺旋藻在食品工业中的应用，并旨在更深入地探讨该主题，从 WOS 获取的所有数据都导出到 Excel 文件中，以进行进一步的可视化和解释。
2.4 PRISMA 流程图
PRISMA 流程图可用于以图形方式总结如何选择文献纳入系统评价，该图说明了识别、筛选和排除的研究数量，以及选择构成稳健评价的最终纳入研究的方法。以下是该图的说明：识别：识别涉及使用 WOS 数据库或其他来源发现研究，指定最初发现的文献或研究数量；因此，在过去十年中，使用 WOS 过滤器，重复记录消除了各种数据库中列出的重复研究或出版物。筛选：对剩余作品的标题进行筛选，以确定它们是否符合初步纳入标准，此外，手动排除与所选标准不一致的无关研究。资格：检索英语全文文章中可能相关的研究以进行资格评估，在此阶段，排除不相关或不直接关注该主题的研究。最后阶段纳入：所有符合这些标准的研究都纳入了该元分析或系统评价（Fig. 1）。
2.5 数据收集
WOS 拥有超过 10,000 种期刊（Chadegani et al., 2013），是由科学信息研究所发布的最古老的科学数据库，被广泛认为是全球最好的分析和引文检索数据库（K. Li et al., 2018）。从 WOS 获得原始文件，包括在科学计量分析中删除的同义词列表。PRISMA（系统评价和元分析的首选报告项目）流程图是一种系统工具，用于指示研究文献查找 WOS 的过程，展示了该方法的可复制性和透明度（Page et al., 2021）。
3. 结果与讨论
3.1 常规检索
在 WOS 数据库中进行了初步的文献检索，以选择涉及螺旋藻或节旋藻在食品工业、食品生物技术和功能食品中应用的出版物。检索查询的制定如下：(TS=(螺旋藻) OR TS=(节旋藻)) AND (TS=(食品工业) OR TS=(食品生物技术) OR TS=(功能食品))。这种检索策略最初产生了 399 条汇总记录。根据 PRISMA 指南，我们分几个阶段进行研究选择，以进一步过滤数据。在研究的第一阶段，总共删除了 119 篇综述文章、10 篇提前获取文章和 3 篇会议论文。本研究不包括综述文章，因为其目标是分析原始研究文章，提前获取和会议论文由于可能缺乏最终的同行评审内容而被排除在分析之外。因此，初始筛选排除了 391 篇文献， resulting in 279 篇文献供进一步过滤。
在第二阶段，进行了全文评估，以消除与研究目标或范围不一致的无关研究。经过这种彻底的筛选，剩下 184 篇文献，随后用于定性和定量分析。PRISMA 流程图（Fig. 1）说明了整个过程，概述了文献选择过程的每个阶段，包括识别、筛选、资格和最终纳入。这种严格的方法确保只有最相关、最高质量的研究文献被纳入分析（Alvarez Dalinger et al., 2025），支持对食品工业和生物技术领域中螺旋藻和节旋藻的全面和重点研究。
“螺旋藻在食品工业中的应用” 的科学年度产量在过去几十年中有所增加，但并非呈线性增长，包括综述、会议记录和早期案例书章节。这清楚地说明了与该主题相关的原始研究文章的指数增长（Fig. 2），突出了 2014-2024 年期间关于螺旋藻生物技术应用的出版物的科学年度产量。此外，该图显示出版物显著增加，尤其是在 2019-2021 年间，2021 年达到峰值，这凸显了螺旋藻作为超级可持续食物来源的全球趋势（Shah et al., 2024）。近年来，螺旋藻已成为全球食品工业的热门话题。根据 WOS 数据，1852 年，螺旋藻被确定为科学分类，1827 年从淡水样本中分离出来（Stizenberger,1854）。2014-2024 年，与螺旋藻在食品工业研究中应用相关的文献总数（187 篇）较低，WOS 中的文献较少。然而，累计文献数量显著增加，2021 年记录的文献数量最高（35 篇），累计出版物总数为 105 篇。2014 年记录的文献数量最少（3 篇），累计出版物为 1 篇。2014-2021 年，关于该主题的文献发表相对趋势有所增加，但在 2022 年和 2023 年有所下降。世界各地的许多研究小组正在对螺旋藻在食品工业中的应用进行广泛研究（Fig. 2）。WOS 数据库的数据表明，2018 年关于该主题的研究较多，有 13 篇出版物，研究在过去十年中稳步增加，到 2024 年累计出版物总数达到 190 篇（Fig. 2）。
“钝顶螺旋藻（Spirulina platensis）” 是所有来源中最常遇到的术语，总共出现 40 次。紧随其后的是 “微藻” 一词，出现 39 次，“生物质” 出现 32 次，“抗氧化剂” 出现 29 次，“提取” 出现 25 次。因此，确定的其他重要术语包括 c - 藻蓝蛋白、食品、稳定性、纯化、螺旋藻、抗氧化活性、生长、蛋白质和质量，如图 3 所示。关键词 “钝顶螺旋藻” 成为最主要的关键词，强调了其在研究中的突出地位。“生物质” 一词反映了与螺旋藻相关的生物燃料生产和食品工业的广泛研究。此外，关键词 “抗氧化剂” 突出了与螺旋藻及其抗氧化特性相关的健康益处。总的来说，这些关键词强调了以螺旋藻为中心的研究与食品工业中生物技术应用相结合的未来潜力。所讨论的研究文献主要发表在高影响力的国际期刊上，表明全球兴趣、经济意义和全球螺旋藻食品工业的整体提升。此外，2022 年和 2023 年关于螺旋藻在食品工业中应用的研究文献数量有所下降。
螺旋藻的共现网络分析是研究人员可视化和理解螺旋藻在食品工业中生物提取和生物技术应用相关各种研究主题的宝贵工具（Fig. 4）。线条的粗细表示它们共现的强度，如 “螺旋藻” 和 “抗氧化剂” 表明许多研究涉及其健康益处（Li et al., 2016）。“抗氧化剂”、“蛋白质” 和 “营养益处” 强烈关注螺旋藻的健康益处（Gogna et al., 2023）。网络可视化对于理解与钝顶螺旋藻及其在食品工业中的潜在用途相关的关键术语非常重要（Fig. 4）。微藻、生物质和钝顶螺旋藻与一系列与螺旋藻相关的食品领域密切相关，这证实了它们作为该研究领域关键节点的地位。例如，生物质在大规模生产中的重要作用与培养、提取和光照强度等术语相关，这表明研究文献已关键地强调了提高生物质产量的方法，这对生物技术中的大规模生产至关重要（El-Sheekh et al., 2020）。当考虑词云图时，微藻、钝顶螺旋藻、生物质、抗氧化剂、c - 藻蓝蛋白、提取、生长稳定性和蛋白质是过去 10 年研究中广泛使用的关键词。生物活性化合物、强化、优化、类胡萝卜素和健康是其他研究领域，出版物有限，为未来研究人员在该领域进行重要研究提供了机会。该网络强调，螺旋藻研究存在于农业、食品技术和健康的交叉点，是可持续和生物技术应用的焦点，同时为该领域的未来研究提供了方向。
与提取、c - 藻蓝蛋白和抗氧化剂结合的微藻节点表明，螺旋藻可用于生产含有抗氧化剂的生物活性化合物（Katari et al., 2023）。这些生物活性化合物与健康促进产品相关，标记为食品补充剂和功能食品：酸奶、质量和健康等节点。因此，这表明螺旋藻可以在提高食品的营养价值方面发挥重要作用。“氧化应激”、“类胡萝卜素” 和 “生物活性化合物” 等术语的使用凸显了对螺旋藻治疗特性的研究热潮，其中螺旋藻用于预防与氧化影响相关的疾病和病症（Martí-Quijal et al., 2023）。
3.2 前 12 名期刊的累积增长
根据 WOS 平台上关于螺旋藻在食品工业中生物技术应用的出版物的累积增长，分析了 2014-2024 年首选期刊的趋势（Fig. 5）。根据 WOS 的数据，截至 9 月 17 日，《藻类研究 - 生物质生物燃料和生物产品》的累积增长最高（14），累积增长最低（4）的期刊是《食品化学》和《分子》（Fig. 5）。最热门的累积增长期刊是《藻类研究》、《生物质生物燃料和生物产品》、《食品》和《食品科学与技术趋势》。相比之下，其他相关期刊包括《应用藻类学杂志》、《LWT - 食品科学与技术》、《食品》、《食品与农业科学杂志》、《化学技术与生物技术杂志》、《食品加工与保存杂志》、《食品科学与技术趋势》、《创新食品科学与新兴趋势》和《应用科学基础》。2014-2017 年，WOS 数据库中《食品加工与保存杂志》关于螺旋藻在食品工业中应用的累积增长值为零，而 2017-2018 年《食品化学杂志》的累积增长值也为零。前 12 名期刊的这种累积增长说明了 2014-2024 年期间每本期刊关于螺旋藻食品应用的出版物的年度增长，增长显著（Shah et al., 2024）。该领域顶级期刊的趋势对于未来研究人员识别重要的研究空白和进一步了解螺旋藻在食品工业中的应用至关重要。图 5 中所示的期刊是高索引出版物，可以影响该领域的国际研究社区。
3.3 前 10 名作者的科学计量分析
前 10 名作者按相关性排名，具体而言，按原始文献数量排名，这些文献被分解以揭示他们对工作主体的相对贡献（Fig. 6）。数据显示，Lafarga T 已成为这一时期最多产的学者，其著作占作者著作总数的 50% 以上。与巴西、中国和西班牙的机构合作受到重视，这不足为奇，因为西班牙学者在该行业的研究中具有战略优势。发表文献最少的作者是 Biondi N 和 Acien G，各发表 3 篇文献。Viera Costa JA、Tredici MR、Rodolfi L 和 Chang JS 在 2014-2024 年期间在 WOS 数据库中发表了 4 篇关于螺旋藻在食品工业中应用的文献。
了解该领域的趋势、合作和网络对于未来使用生物技术进行螺旋藻在食品工业
