《Food Innovation and Advances》：The past, present, and future for alternative protein research: a century of interdisciplinary trends
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替代蛋白质（Alternative Proteins）通常被视为动物蛋白质的替代品，因此主要从食品科学（Food Science）视角进行研究。然而，这种狭隘的框架忽略了其在生物学科中的更广泛相关性。在本研究中，研究人员对22,122篇出版物进行了文献计量分析
替代蛋白质（Alternative Proteins）通常被视为动物蛋白质的替代品，因此主要从食品科学（Food Science）视角进行研究。然而，这种狭隘的框架忽略了其在生物学科中的更广泛相关性。在本研究中，研究人员对22,122篇出版物进行了文献计量分析（Bibliometric Analysis），以描绘替代蛋白质研究从1905年至今的演变过程。研究结果表明，替代蛋白质研究经历了两个主要阶段。早期研究主要关注基础生物学问题，特别是遗传和分子机制。相比之下，近期研究已转向应用领域，如食品科学、营养学和可持续生产。这些趋势凸显了替代蛋白质研究固有的跨学科性质，涵盖基础生物学和食品系统创新。未来关于替代蛋白质的研究将聚焦于推进可持续食品和饲料创新，并优先考虑新兴技术，例如利用人工智能（AI）优化蛋白质表达，以及利用结构生物学改善新开发食品的质构和消化率。推动该领域发展还需要更大程度地整合政策分析和消费者接受度研究，以支持跨学科合作。尽管替代蛋白质在应对可持续性挑战方面显示出潜力，但在生产可扩展性、政策框架和全面的生命周期评估（Lifecycle Assessment）方面仍存在关键差距。解决这些差距对于实现替代蛋白质的全部潜力至关重要。
**论文解读**
**研究背景与问题**
替代蛋白质研究近年来因环境可持续性、公共卫生和粮食安全等紧迫挑战而受到全球关注。然而，“替代蛋白质”一词缺乏普遍接受的定义，导致研究和政策讨论中的歧义。当前话语中，替代蛋白质主要被视为动物蛋白质的替代品，食品科学文献强调其替代传统动物源来源（如肉类和乳制品）的作用。这种以食品科学为中心的视角虽然影响深远，但可能窄化了该领域的概念范围，并掩盖了其他生物学科的相关见解。例如，在生物化学中，“替代蛋白质”指由非经典开放阅读框（Open Reading Frame）翻译的新型多肽，为遗传调控和疾病机制提供见解。这种双重性，跨越可持续食品系统和分子生物学，反映了该领域的跨学科丰富性，但也导致了概念碎片化，带来现实后果：政策和投资效率低下，错失科学协同机会，以及公众不信任。因此，迫切需要统一的定义和概念框架，以释放替代蛋白质在食品创新、生物技术发展和地球可持续性方面的全部潜力。文献计量分析（Bibliometric Analysis）是一种量化并可视化研究趋势、合作网络和知识演变的稳健方法，特别适用于替代蛋白质等跨学科领域，传统综述可能无法捕捉宏观趋势。本研究首次对出版物进行大规模文献计量分析，以解决三个关键空白：定义模糊、研究碎片化状态和不确定的未来趋势。
**研究内容与结论**
研究人员对Web of Science（WoS）数据库中1905年至2024年的22,122篇相关出版物进行了系统分析。通过整合历史出版趋势、共现与引文网络、研究热点和主题建模，研究人员提供了该领域发展历程和未来方向的全面视图。研究得出以下主要结论：替代蛋白质研究经历了两个主要阶段——早期（1905-2013年）以基础生物学和遗传学为主，近期（2014年至今）转向食品科学、营养和可持续生产等应用领域。美国、中国和欧洲国家在出版量和引文影响力方面领先，而哈佛大学、中国科学院和剑桥大学等机构是跨学科研究的关键枢纽。关键词突发分析显示，研究热点从“氨基酸序列”、“cDNA”等基础生物学词汇转向“植物蛋白”、“单细胞蛋白”、“可持续生产”等应用词汇。BERTopic主题建模识别出63个主题，并归纳为14个研究集群，预测未来趋势包括可持续食品与饲料创新（如植物蛋白、藻类蛋白、昆虫蛋白）、农业进步、生物医学应用、神经科学等小众领域、新兴技术（如人工智能和结构生物学）以及跨学科协同。研究还发现，政策框架、消费者行为、生命周期评估等主题在文献中占比很小（约2.15%），表明该领域仍由技术发展驱动，而非综合政策、可持续性评估和采纳导向研究。
**重要意义**
这项研究提供了替代蛋白质研究的历史轨迹和新兴趋势的结构化概述，有助于研究人员、政策制定者和行业领导者识别知识空白，促进跨学科合作，并优先考虑可扩展性、可持续性和消费者参与等高影响力领域。研究解决了定义模糊问题，绘制了碎片化的研究网络，并明确了未来趋势，为全球食品创新提供了关键指导。论文发表在《Food Innovation and Advances》。
**主要关键的技术方法**
本研究采用文献计量分析方法，数据来源为Web of Science（WoS）数据库，检索策略限定于标题字段，包含“alternative protein”相关关键词组合，仅纳入研究论文和综述论文，排除会议论文和书籍，最终获得22,122篇出版物。文本预处理使用Python自然语言工具包（NLTK）进行分词、停用词去除、词形还原等，并标准化领域特定术语。关键词共现和聚类使用VOSviewer和CiteSpace V6.3.R2软件，构建国家和机构合作网络及期刊引文网络，其中CiteSpace使用1年时间切片、LSI聚类标签和Pathfinder修剪。主题建模采用BERTopic框架，使用all-MiniLM-L6-v2嵌入模型、UMAP降维、HDBSCAN聚类和c-TF-IDF主题表示，识别出63个主题和14个集群。CV相干性得分分别为0.7180和0.6541，表明语义一致性可接受。
**研究结果**
**The definition of alternative proteins**
通过文献计量方法，研究人员识别出两种代表性的替代蛋白质定义：一种源自生物化学和化学生物学，指由替代开放阅读框翻译的预测蛋白质；另一种源自食品科学和营养学，指昆虫、藻类、植物基单细胞蛋白和真菌等非传统动物蛋白来源。基于此，研究人员提出统一定义：替代蛋白质是在分子或食品系统层面上的新型或非传统蛋白质形式，挑战传统范式并提供创新解决方案。
**Evolution of alternative protein research: a century of growth, decline, and resurgence**
年度出版物数量分析显示，最早相关研究可追溯到1905年。从1905年1篇增至1999年550篇/年，2000年降至426篇/年，随后稳定至2013年，2014年起再次增长，2023年达949篇/年。生物化学领域出版物自2001年后下降，而食品科学领域逐渐增加，到2021年食品科学领域总量超过生物化学。出版物最多的WoS类别为生物化学与分子生物学（2,066篇），其次为多学科科学（945篇）、生物物理学（792篇）、食品科学与技术（785篇）和神经科学（671篇）。
**Analysis of co-occurrence and citation networks**
国家共现图显示三个主要集群：美国、中国和西班牙。前五国家为美国（6,465篇，335,044次引用）、中国（2,274篇，42,126次引用）、日本（1,793篇，61,551次引用）、德国（1,375篇，56,498次引用）和英国（1,109篇，60,757次引用）。机构合作网络显示五个主要集群，如哈佛大学、俄罗斯科学院、中国科学院、东京大学和剑桥大学，合作倾向于地理邻近区域。期刊引文网络显示，Nature、Cell和Science等顶级期刊发表了大量相关文章，表明该领域的高度关注。
**Research hotspots and main directions**
关键词突发分析识别出两个主要研究时期：早期（1905-2013年）聚焦于分子生物学与遗传学、细胞生物学与生理学、疾病机制与治疗学；近期（2014年至今）聚焦于食品科学与营养学、农业与可持续生产、蛋白质科学与技术。近期关键词包括“植物蛋白”、“单细胞蛋白”、“可食用昆虫”、“提取”、“分离”等，且对生物技术和细胞培养技术的兴趣日益增长。
**Research hot topics - intertopic distance map**
BERTopic主题建模将63个主题映射到二维空间，划分为14个集群。层次聚类分析揭示了主题间关系，并预测了关键趋势：可持续食品和饲料创新（集群1、2、8）主导，特别是植物蛋白和藻类蛋白；农业进步（集群2、3、4、8）包括用昆虫或微生物饲料替代鱼粉；生物医学应用（集群6、10、11、12、14）如精准营养和药物递送系统；神经科学（集群9、11、14）和病毒学等小众领域；新兴技术（集群5、6、13）如人工智能和结构生物学；以及跨学科协同（集群4、7）。分析强调了从基础生物化学研究向解决气候变化、粮食安全和公共卫生等全球挑战的应用解决方案的转变。
**讨论与结论**
讨论部分指出，替代蛋白质研究的历史分析揭示了两种主要视角：一种根植于生物化学和化学生物学，关注由替代开放阅读框翻译的蛋白质；另一种根植于食品科学和营养学，探索植物、昆虫和真菌等可持续蛋白质来源。这种双重性突显了该领域的跨学科性质。研究人员据此提出更新定义。2014年以来的兴趣复兴由生物技术进步、环境关注和可持续食品解决方案需求驱动。共现和引文网络分析显示，美国、中国和欧洲国家的高出版量和引文影响力凸显了研究投资和政策框架的作用，而低收入和中等收入国家（LMICs）面临资金和技术准入障碍。关键词分析揭示了从基础研究到应用研究的转变。BERTopic建模识别出的14个研究方向为未来研究提供了路线图。尽管取得了进展，但政策框架、消费者行为、生命周期评估等主题占比较小，表明该领域仍由技术驱动。未来研究需聚焦于生物过程优化、大规模发酵基础设施和先进食品结构技术，同时加强政策分析、消费者接受度研究和生命周期评估的整合。
**研究结论**
这项文献计量分析揭示了替代蛋白质研究从早期生物医学起源到当前在食品创新、可持续性和健康中角色的演变。研究结果突出了该领域的跨学科性质、研究活动的焦点转移以及新应用领域的兴起，从植物基食品到生物医学治疗。主题建模和关键词聚类显示出向可扩展、功能性和可持续蛋白质系统的明确轨迹，同时也识别出限制广泛采纳的持续差距。本研究解决了定义模糊问题，绘制了碎片化的研究网络，并明确了未来趋势，直接回应了引言中概述的核心空白。通过综合这些见解，研究人员为研究人员、资助者和政策制定者提供了结构化概述，以识别新兴优先事项和战略机遇。尽管分析依赖于数据覆盖和方法假设，但它强调了跨学科、跨地域和跨知识系统整合的迫切需求。未来十年，替代蛋白质研究不仅将由发现定义，还将由其发展的跨学科合作路径定义。当成功时，该领域有潜力改变人类饮食，同时解决人类和地球健康问题。
