基于SCI论文的马铃薯淀粉深加工技术发展态势分析_中国与全球化论文

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基于SCI论文的马铃薯淀粉深加工技术发展态势分析

关键词：马铃薯淀粉；
深加工技术；
趋势研究；
统计分析 中图分类号：S532文献标志码：Adoi：10.16693/j.cnki.1671-9646 马铃薯是重要的粮菜兼用和工业原料作物，由于其耐寒、耐瘠薄、高 产稳产、适生性广、营养成分全和产业链长而受到全世界的高度重视[1]。目前， 我国马铃薯产业快速发展，种植面积和鲜薯产量均居世界首位，产业链条逐步拓 展，经济效益稳步提升。2010年，我国马铃薯种植面积与产量分别达到5.2×106hm2 和8154×104t，较前几年大幅度增加。2015年，农业部推进马铃薯产业开发战略 的指导意见中提出，将马铃薯作为主粮纳入种植结构调整的重点作物，通过扩大 种植面积、推进产业开发、延长产业链、打造价值链，促进一、二、三产业融合 发展，助力种植业转型升级，全面提升发展品质。

马铃薯淀粉工业是马铃薯产业化进程中的重要环节，由于我国饮食结 构及马铃薯不宜贮藏等特性决定了马铃薯淀粉工业的发展程度，并将直接影响着 我国马铃薯产业化的程度。马铃薯淀粉的特殊分子结构，使其具有增稠、凝膠、 黏合、成膜、品质易控制等特性，虽然价格偏高但具有其他植物不可替代的特性， 因而被广泛应用于食品、造纸、医药、纺织、化工、石油钻井和建材等行业。随 着科学技术的发展，以马铃薯淀粉为原料，制成各类型的变性淀粉和淀粉深加工 产品，改变原淀粉的性能，使马铃薯淀粉用途更加广泛，不但提高马铃薯淀粉的 价格，而且各种新产品的性质更适于工业生产的需要。因此，分析马铃薯淀粉加 工的现状及未来发展趋势，对于推进马铃薯产业开发具有十分重要的理论和现实 意义。

利用文献计量学方法分析预测学科发展态势，已成为各学科领域发展 态势分析的方法[2-5]。王勇等人[6]对1985—2014年申请的马铃薯深加工技术专 利状况进行分析，从文献计量学的角度研究了近20年来国内马铃薯深加工发明专 利的基本现状、发明人、申请人及技术领域分析等，揭示了国内马铃薯深加工发 展的特点和趋势，反映了马铃薯深加工研究的热点。刘玲玲[7]以国家知识产权局政府网站专利检索平台和中外专利数据库服务平台两大专利数据库对马铃薯 淀粉加工专利基本发展状况进行了分析，从而为国内相关领域学者提供参考，促 进学科可持续发展。马铃薯淀粉工业作为我国迅速发展的学科，目前尚缺乏近几 年全球马铃薯淀粉研究领域总体发展态势的相关研究。我国在马铃薯淀粉研究总 体规模上虽然处于世界领先地位，但是马铃薯淀粉技术水平还应有待提升。利用 WebofScience为平台，对2000—2016年ISIWebofKnowledge（SCI-E）数据库中收 录的马铃薯淀粉加工研究论文进行分析，采用分析工具为TI和TDA，以期从文献 计量学的角度揭示世界马铃薯淀粉加工研究和相关技术研发的概况、特征及发展 趋势，反映国际马铃薯淀粉加工领域前沿热点和研究重点，为相关科研人员更好 地开展研究和科技管理部门科学决策提供情报支撑，旨在加强今后马铃薯淀粉加 工技术的研究。

1马铃薯淀粉加工技术领域论文分析 以“potato”“potatostarch”等关键词在SCI-E数据库中进行检索分析，通 过数据筛选，得到有效数据3552条。此次分析利用的数据挖掘和可视化工具是美 国Thomson公司开发的分析工具TDA（Thomsondataanalyzer）和中国科学院国家 科学图书馆北京理工大学共同开发的战略情报分析平台，具体分析了SCI论文年 度发文趋势、重要发文国家和机构，以及研究主题和被引频次，揭示了马铃薯淀 粉加工的发展态势、研究热点，为确定研究战略和发展方向提供有价值的参考依 据[8]。

1.1全球马铃薯淀粉加工技术发文量年度变化趋势分析 2000—2016年马铃薯淀粉加工研究SCI论文发文量年度变化趋势见图 1。

由图1可知，全球马铃薯淀粉加工的发文量总体呈现增长趋势， 2000—2007年，全球发文增长趋势较为平缓；
2007年以后开始有了明显增长趋势， 说明马铃薯淀粉研究开始得到重视。从2000—2015年，发文量增长了2.5倍，由 此反应出马铃薯淀粉研究在国际上呈持续发展态势。

1.2重点国家发文情况分析 发文量在一定程度上代表了各国在某个领域研究的活跃程度。

各国发文量统计分析见图2。由图2可知，Top10国家依次为中国、波兰、美国、印度、日本、韩国、 加拿大、巴西、法国、德国。我国关于马铃薯淀粉深加工发文量在各国中遥遥领 先，高达500篇左右，约占总发文总量的14%，由此说明我国在马铃薯淀粉加工 技术领域占有一席之地。

Top5国家发文量年度变化趋势见图3。

由图3可知，在2000—2005年以中国和印度为代表的发展中国家马铃 薯淀粉加工技术发文数量很少，表明该时期马铃薯淀粉加工未受重视，研究技术 还很薄弱；
从发文量上来看，在此期间该技术则以美国、日本等发达国家为主。

到2007年以后，中国和印度的论文发文量增长趋势非常明显，明显超出其他国家， 且中国发文量跃居世界第1位。由此可见，我国在马铃薯淀粉加工领域研究发文 量占有较大优势，研究较为活跃，中国马铃薯淀粉发文量突增主要原因是我国马 铃薯种植产量在2000年初期已跃居世界前列，且该时期我国传统农业进行战略性 调整，要求大力发展农产品加工业、提高农业经济效益、增加农民收入，因此马 铃薯加工产业成为我国为数不多、在国际上具有優势的竞争产业。因此，我国在 该时期将马铃薯产业作为重点鼓励发展的行业，原国家计委、国家经贸委和农业 部联合发布的《全国食品工业“十五”发展规划》关于食品工业发展的重点及主要 方向中指出：“要积极发展马铃薯加工业，重点发展马铃薯全粉、淀粉、专用淀 粉和变性淀粉……到‘十五’末，建立起马铃薯全粉及加工品、淀粉、专用淀粉、 马铃薯方便食品等产品体系，使马铃薯加工业成为中西部地区一个新的经济增长 点。”在各项政策及科研经费大力支持下，推动了我国马铃薯淀粉研究和产业化 的整体水平，也促进了我国在该领域发文量的大幅提升。

1.3国际重要机构发文量分析 采用TDA软件进行清洗和分析。

Top20机构发文量年度变化趋势见图4。

从图4可以看出，研究国际马铃薯淀粉加工发文量TOP20主要机构有 加拿大农业部（AAFC）、中国农业大学、法国农业科学研究院（INRA）、波兰 雅盖隆大学、江南大学、韩国大学等。根据气泡大小可以看出，近几年关注马铃 薯淀粉的机构主要是加拿大农业部、江南大学、华南理工大学、波兰农业大学、 加拿大贵湖大学、澳大利亚昆士兰大学、荷兰瓦格宁根大学。由图4可以看出，我国江南大学和华南理工大学从2008年开始才涉足马铃薯淀粉的加工研究，在近 2年出现井喷式增长，对我国2所大学马铃薯淀粉的研究领域进行了分类，马铃薯 淀粉主要围绕在变性淀粉的生产基础研究为主，如湿热处理、脉冲电场、交联、 接枝等生产变性淀粉，以及利用马铃薯淀粉生产高分子材料等。

1.4研究主题分析 1.4.1研究领域分析 对2000—2016年发表文章涉及的领域进行归类，结果显示近16年马铃 薯淀粉研究领域排名前5位的主要分布在FoodScienceTechnology（食品科学）、 ChemistryApplied（化学应用）、PloymerScience（聚合物）、Agriculture（农业）、 Engineering（工程）领域，其中以食品科学研究领域发文量最多，达1693篇，占 总发文量43.8%；
其次是化学应用，发文量1452篇，占总发文量37.6%；
排在第3 位聚合物研究（766篇），占总发文量19.9%；
第4位是农业（393篇），占10.2%；

第5位是工程（334篇），占8.7%。除以上研究外，还涉及生物化学、分子生物学、 材料科学、植物科学、环境科学等100多个相关学科。

1.4.2基于关键词的研究主题分析 通过对马铃薯淀粉关键词进行统计分析，从而了解马铃薯淀粉研究领 域的热点，把握研究发展方向。对TDA软件频次最高的100个关键词进行合并、 归类统计，发现近15年马铃薯淀粉研究主要集中在以下方面：①马铃薯变性淀粉 性质研究，涉及最为广泛的是通过湿热处理（Heat-moisturetreatment）、挤压处 理（Extrusion）、辐射（Diffraction）、酸处理（Acidtreated）、氧化等处理方法 对马铃薯淀粉糊化（Gelatinization）、回生（Retrogradation）、流变性（Rheology）、 热性能（Thermalproperties）、结构（Structure）等性质的影响。WangC等人[9] 用光学显微镜和扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和差示扫描量热 法（DSC），研究比较了辛烯基琥珀酸酐改性后的淀粉和原马铃薯淀粉颗粒、结 构及流变性，表明改性后的淀粉具有更好性能。KristiawanM等人[10]动态力学分 析方法，研究了温度和水分含量对挤压态非晶马铃薯淀粉线性黏弹行为的影响， 结果表明马铃薯淀粉在很宽范围内的热机械条件下黏弹性仍具线性。

ZhouFengchao等人[11]研究不同浓度次氯酸钠氧化后马铃薯变性淀粉形态、理化、 结晶度、糊化、凝胶质地和消化性能，结果表明随着次氯酸钠浓度的增加，马铃 薯淀粉的羰基含量、羧基含量、溶解度和糊化温度均增加，而马铃薯淀粉膨胀力、 分解力、峰值和最终黏度均下降，经氧化后慢性消化淀粉和抗性淀粉含量增加而快速消化淀粉含量下降。总之，氧化后的马铃薯淀粉性能得到明显改善。②马铃 薯变性淀粉的研究及应用，其中抗性淀粉（Resistantstarch）、直链淀粉（Amylose）、 乙酰化淀粉（Acetylation）、氧化淀粉（Oxidation）、交联淀粉（Cross-linker） 等。UlbrichMarco等人[12]研究了水解温度对酸解马铃薯淀粉性能的影响，研究 中将水解温度分别设置2，25，50℃，结果表明在不同温度下水解，淀粉性能差 异显著。当水解温度为50℃时，淀粉性能达到最佳状态。HongJing等人[13]研究 用脉冲电场制备马铃薯乙酰化淀粉，结果表明脉冲电池可以在短时间内制备高取 代度的乙酰化淀粉，该方法具有潜在应用价值。③马铃薯淀粉高分子材料研究与 应用，其中主要研究淀粉可降解性（Biodegradabilityofstarch）、淀粉膜（Film）、 接枝共聚（Graftcopolymerization）等。Oleyaei等人[14]用蒙脱土和TiO2制备马铃 薯纳米复合膜，通过傅里叶变换红外（FTIR）光谱证实膜的抗拉强度、断裂伸 长率、玻璃化转变温度、熔点都增强。WangLiqiang等人[15]研究添加丙酸钙和 桂皮醛对马铃薯淀粉膜机械性能和抗菌性能的影响，结果表明丙酸钙和肉桂醛对 膜的力学性能有显著提高，增加水蒸气透过率和水的溶解度，降低复合膜的透光 率且对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有明显的抑制作用。④另外还有涉及少部分的 马铃薯淀粉糖化及发酵，主要是多糖（Polysaccharides）、糖化酶（Glucoamylase）、 乳酸发酵（Lacticacidfermentation）等。BhatiaSK等人[16]研究用两步法发酵生产 黄原胶，第1步用枯草芽孢杆菌水解马铃薯淀粉生成还原糖，第2步用水解马铃薯 淀粉提取物作为碳源，以黄单胞菌XC.6生物合成黄原胶，其方法比直接用马铃 薯淀粉发酵生产黄原胶产量提高2.8倍。

1.4.3主要国家研究主题分析 通过对马铃薯淀粉主要研究国家的关键词进行分类统计，从而了解各 国马铃薯淀粉研究热点，掌握各国马铃薯淀粉研究发展方向。运用TDA软件对马 铃薯淀粉关键词和国家进行合并、归类。我国的核心机构主要是华南理工大学、 江南大学和天津大学等，近期研究主题主要围绕：①马铃薯淀粉经变性后性质研 究，如理化性质、结构、糊化等特性，XieYaoyu等人[17]研究了重复回生处理对 蜡质马铃薯淀粉结构特性和体外消化率的影响，研究表明蜡质马铃薯淀粉经不同 重复次数的回生处理其结构变化对消化率有显著影响。XieYanli等人[18]研究微 波处理马铃薯淀粉，改善淀粉凝胶理化性质。②马铃薯变性淀粉生成及应用研究， 如水热处理、抗性淀粉、挤压、χ-辐射等方面。ZhangBing等人[19]研究马铃薯羧 甲基淀粉的合成方法，并对其在染料印刷应用进行评估，结果表明该方法成本低、 环保性好，在活性染料印花中有广泛的应用前景。RuanHui等人[20]研究了马铃 薯淀粉辛基琥珀酸淀粉酯的制备和对影响反应的主要因素进行了系统研究，结果表明反应体系适宜参数为淀粉浆料质量分数35%，反应时间3h，反应体系pH值8， 反应温度35℃，辛基琥珀酸酐（OSA）的量3%，OSA稀释倍数5。从我国研究机 构分布来看，主要以高校马铃薯变性淀粉理化性质研究为主，淀粉应用方面发文 量较少。

波蘭的核心机构主要是克拉科夫农业大学、波兰科学院、雅盖隆大学 等，近期研究主题主要围绕：①马铃薯变性淀粉性质研究，如力学、流变学等特 性，GumulDorota等人[21]比较研究了氧化、挤压、氧化-挤出复合变性3种改性淀 粉中直链淀粉和非多糖成分含量、羧基量、分子量分布、糊化和流变学性质，结 果表明3种变性方法导致马铃薯淀粉中的灰分的增加，直链淀粉含量下降、黏度 降低、对剪切力敏感度增加；
氧化淀粉非碳水化合物含量最低、氧化淀粉磷含量 减少，挤压淀粉磷含量增加；
氧化淀粉的水结合力和溶解度与天然淀粉相比略有 不同，而挤压淀粉与原淀粉有明显差异；
复合改性后分子质量变化最大，挤出淀 粉含量最低。②马铃薯变性淀粉研究，如γ-辐射、氧化淀粉、乙酰化淀粉等方面。

美国的核心机构主要是美国农业部、普渡大学、爱荷华州立大学等， 近期研究中马铃薯变性淀粉性质研究并不是热点，研究主题主要围绕马铃薯变性 淀粉生成及应用研究，如马铃薯直链和支链淀粉生产、挤压、抗性淀粉、马铃薯 淀粉生物降解等方面。KimJongyea等人[22]研究在温和酸性条件下湿热处理（pH 值5.0～6.5，湿度15%～25%，120℃处理3h）马铃薯淀粉，变性后的马铃薯淀粉 糊化时间延迟、黏度降低、热稳定性增加，结果表明微酸性环境可缩短马铃薯淀 粉变性的时间及降低淀粉消化率。SchwallGP等人[23]通过遗传修饰生产抑制2个 异构体生产高直链的马铃薯淀粉，其直链淀粉含量高，含磷量是原马铃薯淀粉的 5倍，为食品和工业应用提供了新的性能产品。

印度的核心机构主要是古鲁那纳克开发大学、分块茎作物研究所、安 德拉邦大学等，近期研究主题主要以马铃薯淀粉性质研究为主，如马铃薯淀粉理 化性质、形态学、糊化性质等；
马铃薯变性淀粉研究，如热处理、直链淀粉、挤 压、乙酰化。

日本的核心机构主要是北海道国家农业研究中心、带広畜产大学、大 阪城市大学等，近期研究主题主要围绕：①马铃薯淀粉性质研究，如糊化、回生、 磷含量等，其中马铃薯淀粉磷含量研究是其他国家从未涉及的研究领域。②马铃 薯变性淀粉研究，如水热处理、直链淀粉等方面。③马铃薯淀粉发酵研究，如淀 粉发酵生产丁醇、丙酮等化工产品，这也是日本研究一特色。从Top5国家主题词分析，马铃薯淀粉的研究热点主要是围绕在变性淀 粉的性质研究、变性淀粉产品制备以及高分子化合物这3个方面。从研究主题词 分布来看，各国之间研究方向基本相同，我国发文量虽然排名第一，从表面上看 研究队伍很壮大，但是马铃薯淀粉的应用却与其悬殊；
像欧美等发达国家，如医 用淀粉、黏合剂的研究早在20世纪初期都已形成产业化，产业带动技术发展，研 究实力远远超出我国；
而日本由于马铃薯不是他们的主要农作物，因此马铃薯淀 粉加工研究相比欧美国家要逊色。

1.4.4主要研究机构主题分析 国际重要研究机构主题分析见表1。

表1对比分析了发文量最多的前7家机构研究主题。加拿大农业部 （AAFC）近期研究的热点是有关马铃薯植物生长、代谢和马铃薯淀粉产品，如 抗性淀粉等；
中国农业大学近期研究的热点是直链淀粉的提取、糊化淀粉及马铃 薯块茎根基研究；
印度阿姆利泽纳克大学近期的研究主题主要是辛烯基琥珀酸淀 粉、X-射线物理变性等；
法国生物农业科学研究院近期研究的主题主要是挤压淀 粉、酸水解淀粉、生物材料、生物纳米材料、马铃薯淀粉颗粒研究、X-射线、淀 粉磷酸化；
波兰雅盖隆大学近期研究的主题主要是化学改性、淀粉磷酸化、X- 射线衍射；
江南大学近期研究的主题主要是热性能、冷冻处理、支链淀粉、淀粉 纳米晶、蜡质马铃薯淀粉、柠檬酸、热湿处理、高直链淀粉、次氯酸盐氧化法、 微波加热、改性淀粉；
韩国大学近期研究的主题主要是乙酰化淀粉、交联、双重 改性、羟丙基化淀粉；
另外，针对我国华南理工大学近期研究的主题进行了分析， 主要是慢消化淀粉、水热处理、辛烯基琥珀酸淀粉、直链淀粉、挤出型淀粉、热 塑性淀粉、X-射线。由此可见，国际上马铃薯淀粉重要研究机构研究热点主要是 围绕马铃薯变性淀粉的研究，我国马铃薯淀粉研究起步较晚，虽然中国农业大学、 江南大学和华南理工等发文量跻身于国际前列，但是技术积累较少，与其他发达 国家研究机构相比还是有所差距。

1.5被引频次分析 排名前5位的国家依次为美国、法国、英国、日本、印度，我国发文 量虽排名世界第一，但文章被引频次仅为7篇，其中4篇分别于美国普渡大学、荷 兰瓦格宁根大学、加拿大农业与农产食品部及香港大学合作发文。由此可见，我 国马铃薯淀粉研究技术虽然形成了较大的规模，但是整体研究水平仍有较大提升 空间，在马铃薯淀粉深加工领域形成较强的规模仍需要更大努力。由表3可知，其中被引频次排名前2位的文章是来自法国的格勒诺布尔 大学AnglesMN和韩国釜山国立大学AntalMJ等人[24-25]发表的利用热塑性淀粉 生产纳米复合材料，被引频次之高主要是由于高分子材料是利用淀粉生产的高附 加值产品，是国际上研究的一大热点；
其余8篇文章主要围绕在湿热法处理淀粉 工艺对淀粉性质的影响[26]、化学变性如接枝聚合[27-28]及利用淀粉发酵产氢 [29]等。由此说明，我国在淀粉接枝聚合研究方面实力在国际上处于较为领先的 地位。从文献涉及领域分析，被引频次Top10文章中，除1篇属于生物工程发酵外， 其余全部属于高分子聚合物领域。由此说明，马铃薯淀粉的研究趋势应主要以附 加值高的高分子聚合物方向发展。

2讨论及我国马铃薯淀粉加工发展建议 2.1结论与讨论 近15年，马铃薯淀粉加工研究论文数量逐年增加，其中以我国为代表 的发展中国家在2000年初期马铃薯淀粉深加工论文发文量很少，在近10年论文数 量出现井喷，目前发文量处于全球第1位，发展态势强劲，其中以华南理工大学 和江南大学为代表的研究机构，已跻身于国际重点研究机构Top10排名行列，论 文发表数量占全国的35%，表明我国在大力扶持农产品深加工政策下，马铃薯淀 粉加工研究领域发展迅速，有助于推动我国马铃薯主粮化及产业化开发进程。

通过对马铃薯深加工技术分析，由于马铃薯淀粉顆粒大、黏度高、易 转化等特殊性质，马铃薯淀粉深加工技术主要以变性淀粉制备及应用为主。就马 铃薯产业目前加工效益来看，加工粉条一般升值率为15%，加工淀粉升值率为 30%，而加工变性淀粉升值率为400%，加工薯条等快餐升值率高达550%，加工 吸水树脂等材料深加工品种升值率竟达880%[30]。近年来，以改性马铃薯淀粉为 基质合成可降解的复合材料是国际上研究的热点，但这些产品在我国尚处于起步 阶段。

我国在马铃薯淀粉加工领域发文量虽排名第一，且研究领域涉及面较 广，但研究技术相对落后，低水平重复研究现象严重，论文被引频次低；
从论文 主题词来看也缺少创新性，需引进发达国家先进技术，提升研究创新能力；
从目 前马铃薯淀粉产品来看国内主要以初级产品为主，加工品种单一，产业链条短， 这主要是由于我国马铃薯淀粉加工技术以高校基础理论研究为主，对工业化生产 及应用技术的研究涉及较少，产品更新与应用技术无人问津[31]。2.2我国马铃薯淀粉加工发展建议 马铃薯淀粉性能好但使用率低，首先应大力提升对马铃薯淀粉的认识 及宣传工作，马铃薯淀粉应根据其特性进行发展规划。在发酵行业，主要利用淀 粉中的碳源，对其理化性质并无过多要求，主要使用的是低价格的玉米淀粉，因 此马铃薯淀粉在发酵行业中应用不占优势。在食品行业，我国大多数生产厂家使 用廉价的玉米淀粉、木薯淀粉等以次充好，为提高黏度、白度，又违规添加非食 品添加剂、强氧化剂等，造成食品安全隐患层出不穷。另外，我国马铃薯淀粉应 用主要以食品为主，与美国马铃薯淀粉及其深加工产品的用途和分配相比，我国 马铃薯变性淀粉的应用范围仍然十分有限，没有真正体现出马铃薯淀粉在化学、 物理性能上明显优于玉米、小麦等淀粉特殊功能，因此导致马铃薯淀粉的大量积 压，今后应做好宣传及普及教育工作，提升马铃薯淀粉的使用率。

其次，我国马铃薯淀粉产量虽排名世界前列，但由于技术水平不高， 导致国内马铃薯淀粉产品过剩、销路不畅，而且从国外进口的高品质马铃薯淀粉 满足不了各种工业的需求，因此我国淀粉工作者应重视马铃薯淀粉技术的研究， 在技术研究方面应大力开发新产品及应用技术、提升技术创新性，缩小国内马铃 薯淀粉与世界先进水平的差距，提高马铃薯淀粉产品附加值。从数据分析来看， 以马铃薯淀粉为原料开发的新材料、医用辅料、黏合剂及膳食纤维是今后马铃薯 淀粉研究的发展方向，应引进先进生产工艺，注重产品应用开发，才能使马铃薯 淀粉取得良性发展，进一步推动马铃薯产业。

作者：邓媛等