真空冷凍干燥領(lǐng)域中國專利分析

曹斌宏 張 旭 葛勝非

(1.國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心材料部；2.南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司)

專利技術(shù)的發(fā)展水平代表了一個(gè)國家或地區(qū)的自主創(chuàng)新能力、科技水平和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿?。?jù)世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織統(tǒng)計(jì)，每年科研成果中有90%～95% 以專利文獻(xiàn)的形式公布于世,而且許多成果僅以專利文獻(xiàn)形式公布，并不見諸于其他科技文獻(xiàn)[1]。專利情報(bào)分析是在收集某一技術(shù)領(lǐng)域特定時(shí)期內(nèi)的專利文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，在對(duì)相關(guān)專利文獻(xiàn)歸納、分析的基礎(chǔ)上總結(jié)出該技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r，抽取出該技術(shù)產(chǎn)業(yè)在特定時(shí)期內(nèi)的發(fā)展輪廓，并對(duì)該技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，由此得出的專利情報(bào)分析可為政府、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)提供有力參考。

真空冷凍干燥(簡稱凍干)是將濕物料或溶液在較低的溫度下凍結(jié)成固態(tài)，然后在真空下使其中的水分直接升華，最終使物料脫水的干燥技術(shù)。凍干后的制品不但具有色澤、形狀、香味不改變，復(fù)水后可恢復(fù)原狀的特點(diǎn)，而且產(chǎn)品附加值高，可廣泛應(yīng)用于食品、藥品和生物制品的長期保存[2]。從目前的研究來看，尚未發(fā)現(xiàn)有專門針對(duì)該技術(shù)的專利分析，筆者將利用專利分析的基本方法對(duì)我國凍干領(lǐng)域的專利進(jìn)行分析，從而為相關(guān)企業(yè)和單位技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)開發(fā)提供參考。

1 數(shù)據(jù)收集

筆者統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)來自國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利檢索與服務(wù)系統(tǒng)中的CNABS數(shù)據(jù)庫和CPRSABS數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)時(shí)間為1990年1月1日到2011年12月31日，檢索采用分類號(hào)與關(guān)鍵詞相結(jié)合的方式進(jìn)行，涉及的關(guān)鍵詞主要為真空、冷凍干燥、升華干燥、凍干，涉及的國際專利分類號(hào)主要為F26B、A23B、A23L、A23F。在剔除了噪音后共獲得相關(guān)專利文件752件，并以此為第一個(gè)數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行分析。

2 專利申請(qǐng)量年度變化趨勢(shì)

圖1給出了我國從1990年到2011年間專利申請(qǐng)量年度變化趨勢(shì)，由圖1可以看出，90年代初，我國在該領(lǐng)域的專利年度申請(qǐng)量較少，且無明顯的上升趨勢(shì)，這與當(dāng)時(shí)我國整個(gè)凍干行業(yè)剛起步有關(guān)，國內(nèi)凍干設(shè)備主要以引進(jìn)為主；90年代中后期，專利年度申請(qǐng)量較之前有了一定的增長，但年度變化量不大，這一時(shí)期我國凍干行業(yè)發(fā)展較快，但整個(gè)行業(yè)以引進(jìn)后消化吸收為主，自主研發(fā)較少；進(jìn)入21世紀(jì)，專利年度申請(qǐng)量有了飛躍式的發(fā)展，但在2005年到2006年間進(jìn)入了一個(gè)平臺(tái)期，2008年到2009年雖然受到經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響但專利年度申請(qǐng)量仍然有小幅上漲，2010年專利年度申請(qǐng)量進(jìn)入快速增長期，一方面是因?yàn)榻?jīng)濟(jì)開始復(fù)蘇，國內(nèi)凍干設(shè)備已完成國產(chǎn)化，企業(yè)加大了研發(fā)力度，另一方面是因?yàn)槲覈?010年開始推行國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略，提高了申請(qǐng)人的專利保護(hù)意識(shí)，推動(dòng)了技術(shù)成果向?qū)＠暾?qǐng)的轉(zhuǎn)化，同時(shí)各級(jí)職能部門加大了對(duì)技術(shù)創(chuàng)新及其成果保護(hù)方面的投入，提高了一線研發(fā)人員創(chuàng)新的積極性，使更多的技術(shù)創(chuàng)新成果得到了保護(hù)。

圖1 專利申請(qǐng)量的年度分布

鑒于整個(gè)90年代專利申請(qǐng)量較少，因此在后面的分析中選取2001年1月1日到2011年12月31日的專利申請(qǐng)量作為數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行分析，其中專利申請(qǐng)量共為671件。

3 專利申請(qǐng)類型分析

圖2顯示了我國專利申請(qǐng)量的類型分布情況，可以看出，2001年1月1日到2011年12月31日間，我國凍干領(lǐng)域?qū)嵱眯滦蛯＠灿?24件，占所有專利數(shù)的33%，發(fā)明專利共有447件，占所有專利數(shù)的67%。雖然該領(lǐng)域發(fā)明專利在數(shù)量上占優(yōu)，但并不意味著該領(lǐng)域的專利質(zhì)量較高。進(jìn)一步分析就會(huì)發(fā)現(xiàn)，發(fā)明專利中涉及方法的專利申請(qǐng)有301件，占所有發(fā)明專利的67%。在這301件專利申請(qǐng)中，涉及系統(tǒng)或設(shè)備控制方法的只有9件，僅占所有方法類專利申請(qǐng)的3%，而涉及食品凍干方法的卻高達(dá)292件，占所有方法類專利申請(qǐng)的97%。同時(shí)，上述292件有關(guān)食品凍干方法的專利申請(qǐng)只是基于凍干原理，根據(jù)不同食品特性而進(jìn)行的一個(gè)簡單凍干過程，本質(zhì)上并沒有太大差別。由此可見，在447件發(fā)明專利申請(qǐng)中有很大一部分是屬于創(chuàng)新性不高的專利申請(qǐng)，整個(gè)行業(yè)的創(chuàng)新性仍有待提高。

圖2 專利申請(qǐng)量的類型分布

4 專利申請(qǐng)量區(qū)域分布

圖3是國內(nèi)專利申請(qǐng)量的地區(qū)分布情況，可以看出，上海以136件的申請(qǐng)量占24%遙遙領(lǐng)先于其他地區(qū)；其次是北京和江蘇，有52件的申請(qǐng)量占9%；山東則以48件的申請(qǐng)量緊隨其后。排名靠前的這4個(gè)地區(qū)的總申請(qǐng)量占全國申請(qǐng)量的51%，表明上海、北京、江蘇和山東在該領(lǐng)域的申請(qǐng)優(yōu)勢(shì)非常明顯。另外，浙江、廣東、遼寧也有較大的申請(qǐng)量，這3個(gè)地區(qū)的總申請(qǐng)量占全國申請(qǐng)量的20%。除此之外，其他各個(gè)省市的申請(qǐng)量較為分散，且與前三甲的差距較大。由上述地區(qū)分布可知，凍干技術(shù)與地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平密切相關(guān)，且在全國范圍內(nèi)仍有較大的拓展空間。

圖3 國內(nèi)專利申請(qǐng)量的地區(qū)分布

圖4是國內(nèi)外在華專利申請(qǐng)量分布圖，其中，我國自身申請(qǐng)量占83%；美、日、歐及加拿大的申請(qǐng)量占16%；其他國家在中國的申請(qǐng)量僅占1%。雖然從數(shù)量上來看，我國申請(qǐng)量明顯占優(yōu)，但正如前文所述，我國專利申請(qǐng)中有很大一部分的創(chuàng)新性不高，應(yīng)當(dāng)予以重視。

圖4 國內(nèi)外在華專利申請(qǐng)量分布

5 專利申請(qǐng)人分析

凍干領(lǐng)域的申請(qǐng)人共有397名，其中，只持有1～2件專利的申請(qǐng)人有344名，占申請(qǐng)人總量的86.65%，其總持有量為328件，占所有申請(qǐng)量的48.88%；持有3～6件專利的申請(qǐng)人有42名，占申請(qǐng)人總量的10.58%，其總持有量為166件，占所有申請(qǐng)量的24.74%；持有6件以上(不包括6件)專利的申請(qǐng)人有11名，占申請(qǐng)人總量的2.77%，其總持有量為177件，占所有申請(qǐng)量的26.38%。由此可知，在凍干領(lǐng)域，申請(qǐng)人比較多，專利申請(qǐng)量比較分散。

表1為凍干領(lǐng)域前10名申請(qǐng)人及其專利的相關(guān)信息?？梢钥闯?，在前10位申請(qǐng)人中，外國申請(qǐng)人1名，中國申請(qǐng)人9名，表明我國在凍干領(lǐng)域的專利申請(qǐng)人數(shù)量上處于絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；企業(yè)6個(gè)，個(gè)人2名，高校2個(gè)，表明我國凍干領(lǐng)域中科技創(chuàng)新主要是以企業(yè)為主。

表1 前10名申請(qǐng)人及其專利的相關(guān)信息

注：由于每件專利有一個(gè)以上的分類號(hào)， 所以每個(gè)分類號(hào)的專利數(shù)相加可能大于總量。

進(jìn)一步分析表1不難發(fā)現(xiàn)，在前10名申請(qǐng)人中，上海東富龍科技股份有限公司的專利申請(qǐng)量處于遙遙領(lǐng)先的地位。而且，排名第二的上海共和真空技術(shù)有限公司實(shí)際上是由上海東富龍科技股份有限公司和日本的日精株式會(huì)社以及共和真空技術(shù)株式會(huì)社共同出資建立的，因此，如果將上海共和真空技術(shù)有限公司的申請(qǐng)量歸入到上海東富龍科技股份有限公司申請(qǐng)量中，上海東富龍科技股份有限公司在凍干領(lǐng)域的申請(qǐng)量將處于絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。另外，上海東富龍科技股份有限公司的專利申請(qǐng)主要集中在IPC分類號(hào)為F26B的技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，主要涉及凍干機(jī)、自動(dòng)進(jìn)出料系統(tǒng)、無菌隔離裝置，同時(shí)還包括在位清洗、壓力容器、干燥箱及升降機(jī)構(gòu)等輔助設(shè)備。同時(shí)，該公司的專利申請(qǐng)緊跟凍干領(lǐng)域的技術(shù)和市場(chǎng)發(fā)展，而且多項(xiàng)專利申請(qǐng)已完成技術(shù)成果轉(zhuǎn)化，并取得了良好的市場(chǎng)效果。因此，在凍干設(shè)備領(lǐng)域，上海東富龍科技股份有限公司已經(jīng)進(jìn)行了大規(guī)模專利布局，并已初步形成了壟斷格局。反觀其他企業(yè)，不但申請(qǐng)量較少，而且研究領(lǐng)域沒有緊跟市場(chǎng)與技術(shù)的發(fā)展。如北美凍干技術(shù)股份公司的專利申請(qǐng)主要涉及加熱板、冷肼、補(bǔ)水系統(tǒng)，屬于凍干領(lǐng)域的基礎(chǔ)性研究；上海舒博拉尼制藥設(shè)備有限公司的專利申請(qǐng)主要涉及自動(dòng)在線取樣裝置和自動(dòng)裝卸料裝置，雖然一時(shí)與技術(shù)和市場(chǎng)的發(fā)展相吻合，但后續(xù)研發(fā)能力或申請(qǐng)量明顯跟不上；而伊馬萊富(北京)制藥系統(tǒng)有限公司和上海遠(yuǎn)東制藥機(jī)械總廠的專利申請(qǐng)主要涉及凍干機(jī)的部件，如溫控裝置、隔板和鎖緊裝置，申請(qǐng)量較少并且研究分散，沒有形成系統(tǒng)的研發(fā)能力。

在前10名專利申請(qǐng)人中，雖然高校和個(gè)人占了4席，但總的申請(qǐng)量并不多，共41件。其中除了浙江大學(xué)有5件專利申請(qǐng)涉及凍干設(shè)備外，其余的專利申請(qǐng)全是關(guān)于食品凍干方法的研究，而這些研究的創(chuàng)新性較低且對(duì)于實(shí)際的工業(yè)化生產(chǎn)借鑒意義也不是很大。造成這種結(jié)果的原因是：凍干設(shè)備，即便是實(shí)驗(yàn)用凍干設(shè)備的成本都很高，因此高校和個(gè)人沒有條件對(duì)凍干設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)性研發(fā)，而只能轉(zhuǎn)而研究食品凍干方法。但食品凍干方法不但與實(shí)際工作環(huán)境的參數(shù)相關(guān)，而且受被研究制品參數(shù)的影響較大，因此，這些食品凍干方法的專利申請(qǐng)只是基于特定實(shí)驗(yàn)用凍干設(shè)備，特定參數(shù)、特定量的制品而進(jìn)行的一個(gè)簡單凍干過程，各個(gè)專利申請(qǐng)之間本身并沒有本質(zhì)差別，且對(duì)于工業(yè)化大生產(chǎn)中也很難產(chǎn)生借鑒作用。

綜上可知，目前在凍干行業(yè)，上海東富龍科技股份有限公司處于一家獨(dú)大的局面，并且短時(shí)間內(nèi)不會(huì)有太大的變化。如果其他企業(yè)再不加大研發(fā)力度，將會(huì)處于非常被動(dòng)的局面。

6 技術(shù)發(fā)展方向

經(jīng)過對(duì)專利申請(qǐng)量進(jìn)行技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過二十多年的發(fā)展，我國在凍干行業(yè)已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步，不但能夠獨(dú)立生產(chǎn)各種類型的凍干機(jī)，而且在系統(tǒng)優(yōu)化配置、智能化控制及部件性能改良等核心技術(shù)方面已進(jìn)行了比較深入的研究，并且技術(shù)成果轉(zhuǎn)化也較快，但仍存在一些技術(shù)缺失。結(jié)合該領(lǐng)域市場(chǎng)需求并展望凍干行業(yè)未來的發(fā)展[3]，可重點(diǎn)關(guān)注以下幾個(gè)方面并從中尋求技術(shù)突破來進(jìn)行專利布局：

a. 凍干物料共晶點(diǎn)或玻璃化溫度的測(cè)量。如果能夠比較準(zhǔn)確地測(cè)量凍干物料的共晶點(diǎn)或玻璃化溫度，就能比較精確地控制冷凍過程的結(jié)束，從而不但能夠減少大量的能耗，而且可以縮短凍干周期[4]。

b. 一次和二次干燥結(jié)束點(diǎn)的判斷。由于凍干過程是在低溫和真空的條件下對(duì)物料進(jìn)行加熱干燥，因此整個(gè)過程必然是費(fèi)時(shí)、耗能的。同時(shí)為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，往往在時(shí)間上留有較大的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，這就增加了無謂的凍干時(shí)間，導(dǎo)致耗能進(jìn)一步升高，所以如何在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，縮短凍干時(shí)間成為關(guān)鍵，而凍干時(shí)間是與一次和二次干燥結(jié)束點(diǎn)的判斷息息相關(guān)的。因此，探尋一種能切實(shí)有效判斷一次和二次干燥結(jié)束點(diǎn)的方法，是當(dāng)今凍干領(lǐng)域一個(gè)亟待解決的問題[5，6]。

c. 在線水分含量的測(cè)量。凍干是為了將物料中的水分除去，但到目前為止，尚沒有一個(gè)能準(zhǔn)確測(cè)量在線水分含量的裝置，因此，在線水分含量的測(cè)量也是當(dāng)今凍干領(lǐng)域亟待解決的一個(gè)問題[7～9]。

d. 凍干工藝過程的優(yōu)化。對(duì)于參數(shù)相對(duì)比較穩(wěn)定的物料(如溶液)，有針對(duì)性地就某些型號(hào)的凍干機(jī)給出優(yōu)化后的凍干工藝過程，可以對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)產(chǎn)生指導(dǎo)意義。

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