超声波是近年来在食品工业中兴起的一种快速、多用途的绿色无损技术，旨在减少加工，提高质量，保障食品安全[1]。超声波是频率超过20 000 Hz的声波，是以纵波形式在介质中传递的机械振动，其穿透性和方向性较强，因此在水中前进的距离较长。通常，强度小于1 W/cm2而频率大于1 MHz被称为低强度高频率超声波；强度在10～1 000 W/cm2范围内而频率在20～100 kHz范围内则被称为高强度低频率超声波[2]。超声波的作用机制主要有3 种，即机械效应、空化效应与热效应[3]。超声波最基本的原发效应为机械效应，其来源有2 种，第1种是行波场中的机械效应，是指超声波在传播介质中前进时产生的机械效应；第2种是驻波场中的机械效应，是指超声波在传播介质中由反射产生的机械效应。超声波的空化效应是指超声波在液体中传播时造成空化泡的震动，当压力到达一定值时，空化泡开始生长、变大、逐渐到崩溃的动力学过程。超声波空化效应的强弱与超声波的强度、频率有关。热效应是指超声波在传播介质内传播过程中不断发生空化作用释放热能，还有部分声能在传播过程中不断被传播介质吸收，使局部温度上升的一种现象[4]。
超声波技术作为绿色加工技术日益受到科技工作者和食品企业的重视，被广泛应用于活性物质的分离提取、灭菌、嫩化及产品检测等方面。超声波用于提取活性物质主要依赖空化效应。空化效应带来质子的高速运动、局部区域压力的瞬时增大、温度的上升等，均可提升组织内目标活性分子的运动速度、加快扩散效率，从而实现活性成分的有效提取[5]。压力的变化还可以对细胞膜和细胞壁造成破坏，细胞质内的目标活性物质外流，进而提升提取率。与传统的提取方法如煎煮法、浸渍法等相比，超声波提取法具有用时短、浸出快、提取率高等优点[6]。将超声波应用于微生物灭活时，主要依靠空化效应带来的瞬时高温高压，可以破坏微生物的细胞结构[7]，使微生物丧失生理功能和生物活性，达到灭菌的目的，延长食品的贮藏期[8]。超声波灭菌不仅不会改变食品的风味、质地、颜色、味道和营养成分等，而且可以延长食品保质期，扩大销售范围[9]。超声波可以改善肉品的嫩度[10]，这是因为超声波能够提高蛋白酶活性，破坏肉中肌原纤维结构、导致肌原纤维小片化，使肌肉组织松散。超声波还可以提高嫩化剂的渗透效率，强化嫩化效果。在食品安全领域，超声波也被用于检测食品的结构和含量[11]，和其他检测技术相比，超声波可极大简化检测程序，降低操作成本和操作难度，提高检测效率和检测精确度[12]。
文献计量学是情报学的一个分支，由科学计量学与计量书目学2 个分支合并发展而来，是对文献进行定量分析研究的科学，常用于评估一个国家或某个机构的科研产出和影响力，以及评估某一学科科研活动的现状[13]。进入21世纪以来，文献计量学被广泛应用于多学科领域论文统计、发展态势分析、期刊或研究机构影响力评价等，包括农业科学、地球科学、遥感科学、生物科学和大气科学等[14-17]。文献计量学在农业科学领域的应用也越来越广。
为梳理和分析近年来超声波技术在食品领域中的发展态势和研究热点，本研究基于CiteSpace软件和HistCite文献计量分析平台，以Web of Science（WOS）核心合集（SCI-E）数据库作为文献来源，以“超声波”为主题检索词，将收集到的2002—2022年WOS中的7 208 篇文献分别就发文量、发文作者、国家、机构及期刊进行科技文本挖掘，并通过关键词聚类图谱、时间线图谱和突现图谱等进行数据可视化分析，总结超声波技术在食品领域的发展脉络，以期为超声波技术在食品领域的应用提供新的思路并对未来的研究趋势做出预测。
1 数据来源与研究方法
1.1 数据来源
本研究以WOS核心合集（SCI-E）数据库作为文献来源，设定“Ultrasound”或“Ultrasonic”和“Meat”为主题词，“Food Science Technology”为检索类别，“Article”和“Review Article”为文献类型，“English”为选择语种。时间跨度为2009—2023年，该领域最早发文于2009年，2009年之后年发文量逐渐增加，所以对近15 年的文献进行分析，设定检索时间为2009年1月1日—2023年12月31日。利用CiteSpace软件对检索结果进行去重和整理，并删除不相关条目，最终获得3 624 篇文献，将筛选出的文献以“纯文本文件”格式下载保存，作为分析数据样本。
1.2 研究工具
本研究以CiteSpace和HistCite软件作为主要研究工具。CiteSpace 6.3.R1是美国雷德塞尔大学陈超美博士应用Java语言开发的一款科学文献分析软件[18-19]。主要基于共引分析理论和寻径网络算法对某一领域文献进行计量及可视化分析，探寻科学领域演化的关键路径及知识转折点，反映研究文献的引文历史、主题演变趋势与热点之间的内在联系[20-24]。
HistCite软件的主要评估指标为“本地引用次数（local citation score，LCS）”和“总引用频次（global citation score，GCS）”。LCS表示在当前数据集中被引用的次数，GCS表示被整个WOS数据库中所有文献引用的次数。LCS和GCS又衍生出另外2 个指标“数据集内文献的本地引用次数总和（total LCS，TLCS）”和“数据集内文献的总引用频次之和（total GCS，TGCS）”。TLCS排名越靠前，说明该数据集在该研究领域的影响力越大[25]；TGCS排名越靠前，说明该数据集在全球的影响力越大。Histcite根据LCS和GCS定位相应研究领域内的重要文献，展示该领域的发展脉络，并根据TLCS和TGCS识别研究成果国际影响力较高的国家、机构和期刊。
1.3 数据处理
本研究设置时间跨度为2009—2023年，Time slice为1 年，阈值设置为Top 50 perslice，其余均为默认。在CiteSpace软件中选择国家、机构、作者、关键词等节点绘制网络图谱，并对其进行可视化分析。其中，国家合作网络图利用文献计量分析平台（https://bibliometric.com）分析与绘制，文献发文量变化趋势图利用Origin 2021软件绘制。
2 结果与分析
2.1 文献发文量和被引频次分析
年度发文量反映检索主题词在专业领域发展的缩影，被引频次是衡量文章影响力的关键指标。年度发文量和被引频次能在一定程度上反映出该技术的研究受重视程度和发展速度[26]。由图1可知，近15 年（2009—2023年）超声波技术在肉品领域的发文量共计3 624 篇，总被引频次85 935 次，二者总体均呈逐年上升趋势，表明超声波技术在肉品领域关注度越来越高。
图1 2009—2023年超声波技术在肉品领域的发文量和被引频次
Fig.1 Number of publications and citation frequency of ultrasonic in the meat field from 2009 to 2023
根据年度发文量可将超声波技术在肉品领域的发展分为2 个阶段：2016年之前发展较为缓慢，年发文量不超过200 篇，说明研究超声波的技术人员较少，关注度不高；2017年之后处于快速发展阶段，特别是2021年之后，年度发文量急剧增加，在2022年达到峰值496 篇，虽然在2023年发文量有一定程度的下降，但仍有493 篇。
被引频次的变化与年度发文量类似，2009—2016年与超声波相关的论文被引频次不足3 000 篇，说明这一阶段超声波技术在食品领域的相关研究尚未受到重视。从2016年开始，论文被引频次呈现快速增长趋势，特别是在2023年被引频次达到18 290 次，表明超声波技术在肉品领域的研究与应用成为热点。随着国内外对绿色食品加工技术的逐渐重视，推测未来相关文章和被引频次会继续增多，成为绿色食品加工技术中的热点研究领域。
2.2 高被引文献分析
LCS值越大表示文章被引次数越多。由表1可知，排名前10的高被引文献中前2 位为综述类文章，LCS值最高的文章是发表于2010年的有关超声波在食品的技术特性和生物活性方面的最新和最近应用。除简要讨论超声技术的基本原理外，还列举了一些实例，例如在改善食品特性（如乳化能力、溶解度和质地）以及在提取、干燥、结晶和消泡等物理特性方面的应用[27]。LCS值排名第2的文章是2012年发表的关于超声波在食品分析、加工和质量控制中应用的综述，重点介绍了低功率和高功率超声波的基本原理，并介绍其方法和应用，包括重要的研究成果，综述了低倍和高倍超声波在食品科学与技术中的主要应用[28]，LCS值排名第2～10位的文章主要聚焦于超声波技术在蛋白方面的应用。
表1 基于LCS指标的Top 10高被引文献
Table 1 Top 10 highly cited literature based on LCS index
2009—2023年肉品领域超声波技术研究中排名前20 位的高被引文献如表2所示。
表2 2009—2023年肉品领域超声波技术研究中排名前20 位的高被引文献
Table 2 Top 20 highly cited articles meat research using ultrasonic from 2009 to 2023
图2是2009—2023年肉品领域研究超声波技术中排名前20 位的高被引文献的引文网络。左边是时间关系，图中每1 个节点代表1 篇文章，节点大小表示文章的被引次数。《Application of an ultrasonic assisted curing technique for improving the diffusion of sodium chloride in porcine meat》是高被引文献中发表时间最早的文章。该研究表明，超声波处理和翻滚均导致肉组织发生有利的微观结构变化，与翻滚和静态盐水处理样品相比，超声波处理提高了持水能力和质地特性[29]。引文网络中最新的1 篇高被引文献《Changes in calpain activity,protein degradation and microstructure of beef M.semimembranosus by the application of ultrasound》发表于2018年，研究了绿色食品加工技术在肉制品方面的应用[30]。
图2 2009—2023年肉品领域超声波技术研究中排名前20 位高被引文献的引文网络
Fig.2 Citation network of the top 20 highly cited articles on the application of ultrasound in the meat field from 2009 to 2023
2.3 发文国家分析
对发文国家的分析可以体现超声波技术应用在这些国家中的科研力量分布、储备及其合作关系[31-32]。由表3可知，我国发文量最高，以1 650 篇位居第1，占总发文量的45.53%，其次依次为伊朗（244 篇）、西班牙（216 篇）和美国（205 篇）分列第2、3、4位。值得一提的是，我国发文量占全球总发文量的1/3以上，超过伊朗、西班牙和美国3 国的总和（665 篇）。2009—2023年期间，超声波技术在我国发展迅速，自2009年起就是年发文量最多的国家，之后发文量持续上升并保持领先地位至今。中介中心性由CiteSpace的最短路径算法得出。中介中心性指1 个节点担任其他2 个节点之间最短桥梁的次数，利用科学知识图谱的结构洞理论，节点的中介中心性越大，其影响力就越大[33]。中介中心性和发文数量之间存在一定差异，我国的中介中心性为0.29，为最高值，表明我国在该领域具有较大的影响力。影响力较大的国家还有西班牙、美国、澳大利亚、加拿大和爱尔兰。
表3 2009—2023年发文量排名前10的国家
Table 3 Top 10 countries by publication volume from 2009 to 2023
图3为超声波技术在肉品领域研究的国家合作网络图，该图谱共纳入国家及地区97 个。由图3可知，基于超声波技术在肉品领域的研究，国家间合作较为频繁，已经形成了一张以主力国为中心、其他国家为节点的国际交流合作网，特别是我国和美国之间合作密切。
图3 超声波技术在肉品领域研究的国家合作网络图
Fig.3 Network diagram of international cooperation on ultrasound in the meat field
2.4 发文机构分析
由表4可知，发文量最多的机构是我国的江苏大学，发文136 篇，位居第1。其次分别为江南大学（116 篇，中国）、南京农业大学（74 篇，中国）和伊斯兰阿扎德大学（62 篇，伊朗）。排名前10的机构中，我国的机构占8 所。中介中心性可以表示该机构的影响力，当中介中心性≥0.1时，该机构具有较大的影响力。江苏大学、江南大学、南京农业大学、浙江大学和中国科学院中心性均大于0.1，高于其他机构。
表4 2009—2023年发文量排名前10的机构
Table 4 Top 10 institutions by publication volume from 2009 to 2023
如图4所示，图中节点越大，表明该机构的发文量越大，与表3相对应，江苏大学和江南大学的节点显著大于其他研究机构。江苏大学和南京农业大学节点外圈显示为紫色，表明这2 所机构的中介中心性≥0.1。节点之间的连线代表机构之间的联系，连线越粗，说明研究机构在同一篇文献中出现的频率越高，它们之间的合作关系越密切。
图4 肉品领域研究超声波技术的机构合作网络图
Fig.4 Network diagram of institutional cooperation on ultrasound in the meat field
2.5 发文作者分析
由表5可知，发文量最多的是江苏大学的马海乐教授，发文80 篇，位居第1，其次是江南大学张慜教授（41 篇）。发文量排名前10的作者中，来自我国的有5 位，由此可知，在肉品领域我国学者对超声波技术颇为关注。
表5 2009—2023年发文量排名前10的作者
Table 5 Top 10 authors by publication volume from 2009 to 2023
由图5可知，在众多研究学者中，形成了以马海乐、周存山为代表的合作群体。其中，江苏大学马海乐教授和周存山教授的合作关系密切。马海乐教授进行食品物理加工的理论研究与技术开发，将声、光、磁等现代物理技术应用于食品生物制造（酶解、发酵、提取等）和农产品初加工（杀菌、干燥、保鲜等）[34]。周存山教授主要从事果蔬加工及糖类副产物资源化利用研究。2 位学者密切合作，将超声波技术应用于各自的研究领域中；其次，各个研究学者之间又形成了小的学术团体，他们将超声波技术作为食品绿色加工技术开展研究。
图5 肉品领域研究超声波技术的作者合作网络图
Fig.5 Network diagram of collaboration between authors researching ultrasound in the meat field
2.6 发文期刊分析
对相关发文期刊进行统计，由表6可知，Food Chemistry发文量344 篇，位居第1。TLCS表示出版物记录在本地数据库中的总被引频次，Journal of Food Engineering的TLCS位列第1，这表明该期刊在相关领域研究中占有重要地位。平均本地总被引频次（averagetotal local citation score，AVG-TLCS）表示每条出版物记录在本地数据库中的平均被引频次。Journal of Food Engineering的AVG-TLCS最高，说明该期刊发表的文章平均影响程度较高。
表6 2009—2023年发文量排名前10的期刊
Table 6 Top 10 journals by publication volume from 2009 to 2023
对相关发文期刊进行统计，有利于发现该领域的主要研究方向[35]。期刊的双图叠加结果显示了该主题所涉及的学科之间的交叉、知识流动和融合。图中的每1 个点代表1 本期刊，图分为2 部分，左边是施引领域，右边是被引领域，施引领域通过引用路径（中间的连线）指向被引领域。图中圆圈的大小代表期刊的重要程度，圆圈越大则越重要。如图6所示，根据圆圈大小可知，有关超声波技术在肉品领域研究的施引领域和被引领域里，重要的发文期刊都来自于Food Chemistry。施引领域中的兽医、动物、科学领域的出版物明显受到被引领域中化学、材料、物理领域，环境、毒理学、营养学领域和分子、生物学、遗传学领域出版物的影响。这些链接轨迹提供了对该领域跨学科关系的理解。
图6 2009—2023年肉品领域超声波技术研究的期刊双叠加图谱
Fig.6 Double overlay map of journals publishing ultrasonic in the meat field from 2009 to 2023
2.7 研究热点分析
关键词是一篇文章核心内容的提炼和概括[36]，体现了文章所表达的主要内容[37]，经常被用于分析某领域的研究热点[38]。由图7可知，重要的关键词有超声波功率、抗氧化活性、大肠杆菌（Escherichia coli）、超声波辅助提取、功能特性、流变特性、动力学和稳定性等。
图7 2009—2023年肉品领域超声波技术研究的关键词共现图谱
Fig.7 Keyword co-occurrence map of ultrasound in the meat field from 2009 to 2023
关键词聚类是以领域特征明显的词和短语作为聚类对象，在大规模数据库中，利用独创的潜在语义分析算法进行词语的领域聚类。经过聚类分析计算，聚类模块值（Q＝0.441 4）＞0.3意味着聚类结构显著，聚类平均轮廓值（S＝0.714 3）＞0.7表示聚类内部同质性好，聚类结果可信[39]。各聚类相互遮蔽重叠，提示不同的聚类间虽有差异但关联紧密，围绕主题进行不同角度的研究。由图8可知，按算法共生成13 个聚类，筛选主要的聚类进行分析，得到关键词聚类图谱，其中13 个聚类分别为#0抗氧化活性、#1肌原纤维蛋白、#2超声处理、#3固相萃取、#4失活、#5响应面、#6超声波辅助提取、#7大肠杆菌、#8水、#9液相色谱、#10蛋白氧化、#11肉品质和#12酚类化合物。聚类之间相互重叠，表示彼此之间联系密切，超声波辅助提取、抗氧化活性和酚类化合物之间相互关联，固相萃取和液相色谱法作为主要的检测方法，在肉制品中有较为重要的作用，肌原纤维蛋白、蛋白氧化和肉品质等聚类，说明超声技术在以肌原纤维蛋白为基础的肉类研究中得以应用。
图8 2009—2023年肉品领域研究超声波技术的关键词聚类图谱
Fig.8 Keyword clustering map of ultrasound in the meat field from 2009 to 2023
关键词的突然出现往往代表了新的研究热点，红色代表关键词突现的年份和持续时间，绿色表示平常年份[40]。根据关键词突现可以直观地看出超声波在肉品领域研究热点的变化。由表7可知，不同年份研究者所关注的研究热点不同。2009—2013年李斯特菌、大肠杆菌和超声功率这些关键词出现较多，气相色谱、液相色谱和固相萃取在2010—2018年出现频率较高，2018—2022年时，副产品、超声辅助提取、肌原纤维蛋白和抑菌活性更加引起人们的关注，可以看出近年来超声波技术研究偏向作为一种绿色的食品加工技术，还有对肉品中肌原纤维蛋白的影响，同时超声波也是一种有效的辅助灭菌方法。
表7 2009—2023年肉品领域研究超声波技术的关键词突现分析
Table 7 Keyword burst analysis of ultrasound in the meat field from 2009 to 2023
3 结语
基于WOS核心合集（SCI-E）数据库，利用CiteSpace和HistCite分析软件，通过科学知识图谱对肉品研究领域获得的3 624 篇与超声波技术相关的文章进行分析，得出如下结论：近15 年，超声波技术在肉品研究领域受到越来越多关注，成为肉品研究领域的一大热点。我国在该领域的科研实力逐步增加，已经成为该领域的重要力量。江苏大学和江南大学在该领域研究中贡献突出，各个研究机构之间已经形成合作团体，但研究机构之间还需要更广泛的合作。从关键词的分析来看，食品的功能特性和抗氧化活性一直受到关注，并且超声辅助提取、肌原纤维蛋白和抑菌活性成为该领域最新的研究热点。综上所述，超声波技术在肉品研究领域中有广泛的应用，但还有较大研究空间，需结合最新的研究设备进行更深入的研究。
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