近15年茶葉香氣品質(zhì)加工技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)專利分析

馬婉君，朱蔭，施江，王夢琪，林智*，呂海鵬*

1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部茶樹生物學(xué)與資源利用重點實驗室 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，310008；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院，100081

聞香識茶，香氣是評判茶葉品質(zhì)優(yōu)劣的重要參考依據(jù)之一。盡管茶葉香氣受茶樹品種、自然環(huán)境、栽培條件等眾多因素的影響，但茶葉中的揮發(fā)性成分主要產(chǎn)生于加工過程中的熱物理化學(xué)作用[1]，因此，加工技術(shù)是形成不同芳香物質(zhì)并賦予茶葉不同香氣品質(zhì)的關(guān)鍵。隨著茶學(xué)研究的不斷深入，近年來茶葉香氣品質(zhì)加工技術(shù)水平也不斷提升。眾所周知，基于專利分析可以了解行業(yè)內(nèi)的技術(shù)發(fā)展趨勢與技術(shù)創(chuàng)新熱點[2]。因此，本文從可檢索到的專利信息角度出發(fā)，對近15年以來我國茶葉香氣品質(zhì)加工技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)專利類型、申請年度、申請單位、技術(shù)生命周期和主要技術(shù)創(chuàng)新點等進(jìn)行分析，探索近年來茶葉香氣品質(zhì)加工技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展方向，旨在為提高茶葉香氣品質(zhì)的技術(shù)研發(fā)提供重要的參考依據(jù)。

一、數(shù)據(jù)來源與篩選

1.數(shù)據(jù)來源

通過國家知識產(chǎn)權(quán)局專利搜索引擎，結(jié)合SOOPAT 專利搜索網(wǎng)站，采用布爾邏輯算法構(gòu)建專利檢索式。

2.數(shù)據(jù)篩選

專利檢索式為：關(guān)鍵詞=（茶葉香氣AND 加工）OR 摘要=（茶葉提香），對檢索得到的結(jié)果進(jìn)一步限定范圍為“發(fā)明專利”和“實用新型專利”。采用國際專利分類號（IPC 分類號）進(jìn)一步限定，優(yōu)化檢索范圍。最后人工篩選，去除非相關(guān)專利文獻(xiàn)，最終確定茶葉香氣品質(zhì)加工技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)520項，其中授權(quán)專利為173項。

二、專利信息匯總與分析

1.專利申請類型

圖1 專利申請類型分布

檢索結(jié)果顯示，2005—2020年申請的涉及茶葉香氣品質(zhì)加工技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)專利總數(shù)為520項，其中發(fā)明專利341 項，占專利總申請量65.6%；實用新型專利179項，占34.4%。將這520項專利按照國際專利分類號（IPC）分類下的大類分析顯示（圖1），有501 項專利屬于A23 系列（農(nóng)業(yè)分部中其他類不包含的食品或食料及其處理大類），占比96.3%；有10 項屬于F26 系列（機(jī)械工程分部中的干燥大類），占比1.9%；有6項屬于A01 系列（農(nóng)業(yè)分部下的農(nóng)業(yè)大類），占比1.2%；其他系列C12（化學(xué)分部下的生物化學(xué)大類）、G05（物理分部下的控制、調(diào)節(jié)大類）、G01（物理分部下的測量、測試大類）各1 項，共占比0.6%。由此可見，近15年以來，所申請的茶葉香氣品質(zhì)加工技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)專利類型主要為發(fā)明專利，且這些申請專利在大類分析上絕大部分集中在A23系列。

2.專利申請年度變化趨勢

我國從上20世紀(jì)90年代起就有關(guān)于如何提高茶葉香氣品質(zhì)加工技術(shù)的研究報道[3]，但在專利申請方面的起步較晚。在2008年之前很少有相關(guān)專利申請，且年申請量一般不超過10 項；直到2008年之后，確切來說從2010—2018年專利申請量逐年增長，特別是2014—2015年間增長迅速，其中發(fā)明專利申請量高于實用新型和外觀專利，可以看出這期間有關(guān)茶葉香氣品質(zhì)的加工技術(shù)不斷創(chuàng)新；2015—2018年專利申請量都維持在較高水平，但增速逐步放緩。到2019年申請量出現(xiàn)明顯降低，但這可能是由于專利申請公開滯后等因素，造成2019年數(shù)據(jù)偏低（圖2）。

圖2 專利申請年度變化趨勢

3.主要申請單位

近15年以來，我國茶葉香氣品質(zhì)加工技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)專利申請量排名前10位的申請單位及申請量如圖3所示。排名第1的中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所相關(guān)專利申請量為17項，所申請的專利內(nèi)容主要集中在茶葉提香機(jī)、人工微域調(diào)控的提香方法以及搖青、萎凋、發(fā)酵一體機(jī)的發(fā)明創(chuàng)造等方面；排名第2 的長興茶乾坤食品有限公司相關(guān)專利申請量為11 項，所申請的專利內(nèi)容主要集中在茶葉自動除異殺菌系統(tǒng)與微波加熱提香設(shè)備聯(lián)合應(yīng)用等方面；排名并列第3 的有梧州市旺捷機(jī)械制造有限公司、衡陽智源農(nóng)業(yè)科技有限公司、湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)和黃山紫霞茶業(yè)有限公司，申請量均為5 項，所申請的專利內(nèi)容主要集中在對茶葉提香機(jī)的改進(jìn)制造方面，以及針對某種茶類的香氣品質(zhì)改善加工等方面。排名前10的申請單位中高校、科研院所有3家，公司、企業(yè)有7家，可見公司、企業(yè)是茶葉香氣品質(zhì)加工技術(shù)領(lǐng)域活動的主體，以中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所為代表的科研機(jī)構(gòu)在茶葉香氣品質(zhì)加工技術(shù)領(lǐng)域起到了良好的引領(lǐng)示范作用。

4.技術(shù)生命周期分析

圖3 茶葉香氣品質(zhì)加工技術(shù)專利申請單位排名前10位

專利技術(shù)生命周期一般分為技術(shù)引入期、發(fā)展期、成熟期和衰老期[4]。采用專利數(shù)量測算法，通過計算技術(shù)生長率v、技術(shù)成熟系數(shù)α和技術(shù)衰老系數(shù)β來追溯2012—2018年間茶葉香氣品質(zhì)加工技術(shù)領(lǐng)域的專利技術(shù)生命周期（圖4）。2012—2015年，技術(shù)生長率v 值持續(xù)增大，表明這段時間內(nèi)茶葉香氣品質(zhì)加工技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾埩棵磕赀f增，技術(shù)處于發(fā)展期；2014—2016年，技術(shù)成熟系數(shù)α持續(xù)減小，技術(shù)生長率v值也在2015年后大幅下降，表明這段時間內(nèi)相關(guān)專利的申請增速放緩，技術(shù)處于成熟期；2016—2018年，v 值和α值處于震蕩下行趨勢，而技術(shù)衰老系數(shù)β一直處于（0.99 ～1.00）的區(qū)間，且變化幅度不大，說明這段時間處于成熟后期向衰老期過渡的階段，相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域處于飽和趨勢，技術(shù)發(fā)展進(jìn)入瓶頸期，此時需要茶葉香氣品質(zhì)加工基礎(chǔ)科研領(lǐng)域做出重大突破才有望為相關(guān)專利技術(shù)發(fā)展注入新的活力。

圖4 專利技術(shù)生命周期分析

5.專利分類頻次分析

根據(jù)國際專利分類IPC分類號對茶葉香氣品質(zhì)加工技術(shù)領(lǐng)域所申請的專利進(jìn)行分類整理，選取其中最為相關(guān)的前20個分類號小組，其排名結(jié)果如表1。

由表1可見，所檢出的專利文獻(xiàn)中關(guān)于茶葉香氣品質(zhì)加工技術(shù)主要集中在前10個分類小組中，累計占比85.79%；其中A23F3/06 提取前的茶處理占比最高，達(dá)52.99%，是茶葉香氣品質(zhì)加工技術(shù)專利申請最為活躍的領(lǐng)域；進(jìn)一步查閱該分類小組下的專利文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)其中茶葉提香機(jī)出現(xiàn)的頻次最高，屬于茶葉香氣品質(zhì)加工技術(shù)中的核心研究領(lǐng)域。

三、主要技術(shù)創(chuàng)新熱點分析

對以上專利信息進(jìn)一步進(jìn)行分類整理和分析比較，采用專利技術(shù)功效矩陣分析對茶葉香氣品質(zhì)加工技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠M(jìn)行了定性分析，重點研究了有代表性的核心專利文獻(xiàn)。結(jié)果表明，目前我國涉及茶葉香氣品質(zhì)的申請專利按照加工技術(shù)可主要分為提香裝置改進(jìn)，加工工藝改進(jìn)和其他方法技術(shù)等幾個方面。

1.茶葉提香裝置改進(jìn)創(chuàng)新熱點分析

近年來茶葉提香裝置的改進(jìn)創(chuàng)新熱點主要集中在節(jié)能環(huán)?；?、功能多樣化、連續(xù)智能化等方面。在節(jié)能環(huán)保方面，茶葉提香裝置由最初的炭火烘焙提香發(fā)展到現(xiàn)在的電熱、微波、遠(yuǎn)紅外、光波等加熱提香技術(shù)，不僅實現(xiàn)了能源清潔化的發(fā)展需求，而且極大地提高了能源利用效率；進(jìn)一步結(jié)合自動翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)、密封渦流系統(tǒng)或旋轉(zhuǎn)溫差系統(tǒng)等使得茶葉受熱均勻，生產(chǎn)效率提高，提香效果更好。在功能多樣化方面，目前有高凈化除異殺菌提香裝置，通過結(jié)合紫外線殺菌、微波殺菌或等離子體殺菌來實現(xiàn)提香殺菌一體化；此外還有帶篩選、風(fēng)選和色選功能的茶葉提香設(shè)備，具有溫濕度傳感器的控溫除濕提香設(shè)備等。在連續(xù)智能化方面，目前有可定量供料、自動卸料，能夠適應(yīng)與流水作業(yè)線相匹配的連續(xù)化作業(yè)茶葉提香機(jī)；還有運用自適應(yīng)模糊PID 控制技術(shù)，結(jié)合提香工藝中茶葉物理化學(xué)變化的特性，通過智能控制算法實現(xiàn)智能化控制參數(shù)的茶葉提香機(jī)。茶葉提香裝置設(shè)備的不斷創(chuàng)新改進(jìn)，逐步提高了茶葉加工提香效率，降低了勞動強(qiáng)度，是茶葉香氣品質(zhì)加工技術(shù)專利申請的主要熱點領(lǐng)域之一。

表1 茶葉香氣品質(zhì)加工技術(shù)專利IPC分類前20位排名

2.茶葉香氣加工工藝改進(jìn)創(chuàng)新熱點分析

加工工藝技術(shù)提香一直以來都是茶葉加工的研究熱點[5]，加工工藝中的各個環(huán)節(jié)都不同程度地影響著茶葉香氣物質(zhì)的含量與種類。近年來，茶葉香氣品質(zhì)加工工藝改進(jìn)的部分代表性專利整理如表2?？傮w來看，在改進(jìn)不同茶類香氣的加工工藝中，共同的關(guān)鍵點在于對攤青和干燥工藝過程中溫度及時間的把控。為了促進(jìn)茶葉內(nèi)香氣物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，其他茶類通過借鑒紅茶的萎凋工藝或融合烏龍茶的做青手法，增加搖青及涼青等工序，以此來促進(jìn)茶葉中的芳香物質(zhì)轉(zhuǎn)化，提高茶葉的香氣品質(zhì)。此外，還有在傳統(tǒng)加工工藝基礎(chǔ)上增加殺菌、補(bǔ)光萎凋、氮氣除濕等工序來提高茶葉香氣品質(zhì)的方法。

3.茶葉香氣品質(zhì)加工其他方法技術(shù)創(chuàng)新熱點分析

茶葉香氣品質(zhì)加工其他方法技術(shù)創(chuàng)新主要有：（1）復(fù)配型花果、中草藥調(diào)香茶，例如橙香木綠茶、紫蘇紅茶、沙棘黑茶、紫薯香茶等，這些花果、中草藥一般是在茶葉揉捻、干燥階段以適當(dāng)比例加入與之拼配；（2）外源添加微生物或復(fù)合酶制劑改善茶葉香氣，例如將由植物乳桿菌、保加利亞乳桿菌、黑曲霉復(fù)配而成的復(fù)合菌劑與由漆酶、纖維素酶、果膠酶復(fù)配而成的復(fù)合酶共同對黑茶進(jìn)行處理，得到的茶葉香氣突出，滋味醇厚；（3）利用茶葉末、茶提取物富集茶葉香氣，例如將茶葉加工副產(chǎn)物茶渣加水，機(jī)械破碎后調(diào)酸，在反應(yīng)釜中加熱水解，得到的含香揮發(fā)物再通過蒸餾回收得到含香水蒸氣，冷卻后濃縮得到增香液體，在殺青后、揉捻中或干燥時加入增香液體可制得茶香濃醇的茶葉；（4）輻照、充氣、噴涂營養(yǎng)液處理，例如將茶葉送入密封袋內(nèi)，充入由2%O2、10%CO2、30%N2、58%H2組成的混合氣體，在32 ～35℃下處理60 ～68 min 后在茶葉表面噴涂由植酸、丙酸鈣、甘草酸二鉀與水混合而成的營養(yǎng)液，對處理得到茶葉進(jìn)行γ輻照處理，對于提高現(xiàn)有茶葉的芳香物質(zhì)含量和成品茶葉價值有明顯作用；（5）人工微域調(diào)控提香，例如通過對提香樣進(jìn)行復(fù)水處理，使其內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)基質(zhì)得到一定積累，且相互間達(dá)到動態(tài)平衡，控制提香微域環(huán)境內(nèi)的溫濕度和空氣流通速度，再通過遠(yuǎn)紅外提香核心技術(shù)，得到的成品茶香氣濃郁且持久性好。

表2 茶葉香氣品質(zhì)加工工藝改進(jìn)專利分析

四、結(jié)論與展望

近15年來，茶葉香氣品質(zhì)加工技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)投入方向主要集中在提香裝置和加工工藝等方面，其中提香裝置的專利申請量最多，技術(shù)已逐步趨于成熟，且機(jī)械設(shè)備的研發(fā)成本相對較高，未來有價值的創(chuàng)新還有賴于整個能源、機(jī)械、智能制造行業(yè)的共同發(fā)展進(jìn)步。加工工藝對茶葉香氣的影響較為復(fù)雜，不同茶類、不同加工工藝、各個工藝環(huán)節(jié)的不同參數(shù)組合都會對茶葉香氣產(chǎn)生影響，未來需要探明香氣物質(zhì)在加工過程中的變化規(guī)律，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步定向調(diào)控茶葉的香氣品質(zhì)。此外，其他方面如添加有益微生物或復(fù)合酶制劑也是未來研究的熱點領(lǐng)域之一，有望通過生物技術(shù)和食品安全檢測技術(shù)共同促進(jìn)茶葉香氣品質(zhì)的提高與創(chuàng)新。