基于專利文獻(xiàn)的食醋專利可視化分析

張祥龍，權(quán)冰艷，王知松，白曉麗，夏夢雷，王 敏

（天津科技大學(xué) 生物工程學(xué)院 食品營養(yǎng)與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 工業(yè)發(fā)酵微生物教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室天津市微生物代謝與發(fā)酵過程控制技術(shù)工程中心，天津 300457）

食醋是一種含有醋酸呈現(xiàn)酸味口感的調(diào)味品和食品[1-2]。在世界范圍內(nèi)，食醋或以酒精為直接原料，或以含糖基質(zhì)（如谷物、水果、蜂蜜、乳清）為原料，通過微生物發(fā)酵釀造而成。根據(jù)醋酸發(fā)酵狀態(tài)的不同，主要分為固態(tài)和液態(tài)發(fā)酵食醋[3-4]。作為一個多元的復(fù)雜體系，食醋成分包含了從有機(jī)到無機(jī)、從聚合物到顆粒物、從大分子到小分子、從常量到痕量成分的多種營養(yǎng)物質(zhì)[5-10]?；谑炒椎亩喾N物質(zhì)組成，其除了作為酸味調(diào)味品，研究表明食醋還具有多種保健功能，如抗氧化[11-12]、降血脂[13]、降血壓[14]、提高免疫[15]、解酒護(hù)肝[16]等。

隨著對食醋研究的深入，以及人們對食醋消費(fèi)需求的多樣化，食醋新品及其衍生產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，食醋行業(yè)的科技創(chuàng)新也在不斷加強(qiáng)。作為科技創(chuàng)新的記錄形式之一，專利信息反映了一個行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新動態(tài)和水平[17-18]。世界知識產(chǎn)權(quán)組織的統(tǒng)計(jì)表明，世界上每年發(fā)明創(chuàng)造成果的90%～95%可以在專利文獻(xiàn)中查到（專利信息包括文獻(xiàn)型和非文獻(xiàn)型信息），而且80%左右的發(fā)明成果僅通過專利文獻(xiàn)公開[19]。

專利信息作為一種反映科技發(fā)展及其變化軌跡的重要情報(bào)，其價(jià)值在日益突顯，已成為技術(shù)創(chuàng)新活動中寶貴的知識和戰(zhàn)略資源[20-21]。而目前關(guān)于食醋領(lǐng)域?qū)＠治龅馁Y料較少，本文旨在以專利文獻(xiàn)為基礎(chǔ)，對當(dāng)前世界范圍內(nèi)食醋相關(guān)專利進(jìn)行可視化分析，以期反映食醋領(lǐng)域內(nèi)科技創(chuàng)新的現(xiàn)狀和進(jìn)展、熱點(diǎn)與趨勢，并為食醋領(lǐng)域相關(guān)研究提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與處理方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

智慧芽（PatSnap）是一款全球?qū)＠麢z索數(shù)據(jù)庫（https：//www.zhihuiya.com/），其整合了從1790年至今的全球116個國家的1.4億專利，更新速度快，與國家知識產(chǎn)權(quán)局的專利公報(bào)數(shù)據(jù)更新保持同步，能夠提供全面的專利檢索[22-23]。故在本研究中，選擇智慧芽數(shù)據(jù)庫作為食醋專利數(shù)據(jù)來源。檢索范圍和檢索策略如表1所示。通過檢索，共檢索到9 780條相關(guān)專利（檢索時(shí)間：2020年10月8日）。根據(jù)簡單法律狀態(tài)將全部檢索專利分為失效專利（共計(jì)5 560條）和非失效專利（共計(jì)4 220條）。因?yàn)槭＠麑λ婕暗募夹g(shù)的使用不再有約束力，任何單位或個人可以無償?shù)厥褂肹24]，故本研究只對非失效專利進(jìn)行分析來反應(yīng)食醋科技創(chuàng)新領(lǐng)域的相關(guān)情況。

表1 智慧芽數(shù)據(jù)庫中食醋專利檢索范圍和檢索策略Table 1 Retrieval scope and strategy of vinegar patents in PatSnap database

1.2 分析方法

通過智慧芽在線分析平臺（https：//analytics.zhihuiya.com/）對相關(guān)專利進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和可視化分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 食醋專利概況

2.1.1 專利類型

對食醋領(lǐng)域現(xiàn)存的非失效專利（共計(jì)4 220條）按照專利類型進(jìn)行分類，結(jié)果顯示發(fā)明專利和實(shí)用新型專利分別為3 656條和564條。發(fā)明專利是食醋領(lǐng)域內(nèi)主要的專利類型（86.64%），而實(shí)用新型專利也占到一定的比例（13.36%）。

2.1.2 食醋專利申請趨勢

對4 220條非失效專利進(jìn)行申請趨勢分析。最早的一篇專利是名為“Processandmeansforproducingrefinedsugartable syrup or vinegar from sugar cane juice and other saccharine matter”，申請年在1936年的印度發(fā)明專利（公開號：IN023381B）。從申請趨勢上來看，食醋領(lǐng)域內(nèi)專利的申請大致可分為四個階段：①在1936年至2000年的60多年時(shí)間里食醋領(lǐng)域的年度申請專利很少，均在7條以下；②直到2001年，食醋領(lǐng)域?qū)＠暾埩块_始達(dá)到20條以上，并且直到2009年呈現(xiàn)穩(wěn)定增長趨勢，年度平均申請量在44條；③從2010年到2017年，食醋領(lǐng)域內(nèi)專利申請呈現(xiàn)快速增長趨勢，每年的申請量均在100條以上，年度平均申請量高達(dá)304件；④2018年食醋專利申請量達(dá)到最大，共計(jì)791件，在之后的兩年內(nèi)申請量急劇下降。2001～2020年間，中國以及世界專利申請總量和食醋領(lǐng)域?qū)＠暾堏厔萑鐖D1a及圖1b所示。

圖1 世界專利及食醋領(lǐng)域?qū)＠暾堏厔荩?001-2020）Fig.1 Trend of patent applications worldwide and in the vinegar field(2001-2020)

自2009年金融危機(jī)后，我國成為食醋領(lǐng)域?qū)＠暾埖闹饕獓遥晟暾堈急龋?0%）。我國作為食醋領(lǐng)域的知識產(chǎn)權(quán)強(qiáng)國，直接影響著世界食醋專利申請的總趨勢。2012年世界食醋專利申請總量與我國食醋專利申請總量保持同樣的下降趨勢。這可能是因?yàn)楫?dāng)年中共中央、國務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于深化科技體制改革加快國家創(chuàng)新體系建設(shè)的意見》，指引我國由專利申請大國向保證質(zhì)量的專利強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變[26]。2019年我國食醋專利申請總量占世界食醋專利申請總量的91.1%。2019年世界食醋專利申請總量與同年中國食醋專利申請總量，以及同年世界專利申請總量與中國專利申請總量均呈現(xiàn)相同的下降趨勢，其主要原因可能是我國實(shí)行了旨在優(yōu)化申請結(jié)構(gòu)和提高申請質(zhì)量的整體監(jiān)管轉(zhuǎn)型[27]。截止數(shù)據(jù)檢索時(shí)，2020年食醋專利申請量僅為35條，這可能是2020年未完全參與統(tǒng)計(jì)，另外則可能是由于2019年12月以來整個食醋行業(yè)受COVID-2019影響的結(jié)果。整體來看，食醋領(lǐng)域?qū)＠暾堉饕性诮?0年的時(shí)間段內(nèi)（2001-2020），這表明在最近的20年時(shí)間內(nèi)，食醋科技創(chuàng)新領(lǐng)域取得了快速的發(fā)展。

2.1.3 專利技術(shù)生命周期

技術(shù)生命周期是一種以周期變化為特征的技術(shù)變革模式，是產(chǎn)業(yè)分析、技術(shù)預(yù)測的主要內(nèi)容。隨著時(shí)間的發(fā)展，技術(shù)創(chuàng)新在不同階段具有不同的特質(zhì)[28-29]?？傮w上，技術(shù)生命周期主要經(jīng)過萌芽期、成長期、成熟期、衰退期和復(fù)蘇期五個發(fā)展階段[30]。利用專利申請量與申請人數(shù)量隨時(shí)間的推移變化來分析當(dāng)前食醋技術(shù)領(lǐng)域生命周期所處階段（見圖2）。結(jié)合食醋專利申請趨勢（見圖1），可以看到從1936～2005年，食醋領(lǐng)域?qū)＠暾埲撕蛯＠暾埩烤^少，此時(shí)食醋領(lǐng)域技術(shù)生命周期處于萌芽期。此階段，食醋專利以發(fā)明專利為主（100%），主要為原理性的基礎(chǔ)專利，參與研發(fā)的企業(yè)數(shù)量較少。從2006～2017年，食醋領(lǐng)域?qū)＠暾埩考皩＠暾埲藬?shù)量急劇上升，食醋領(lǐng)域技術(shù)生命周期進(jìn)入成長期。在此階段，基本發(fā)明縱向和橫向發(fā)展，實(shí)用新型專利逐漸出現(xiàn)（5.90%），技術(shù)有了突破性進(jìn)展，市場擴(kuò)大，進(jìn)入企業(yè)開始增多。從2017～2018年，食醋領(lǐng)域技術(shù)生命周期進(jìn)入成熟期。此時(shí)，由于市場有限，進(jìn)入的企業(yè)開始趨緩，食醋領(lǐng)域技術(shù)趨于成熟，專利數(shù)量雖有增加，但增長速度變慢，申請人數(shù)基本維持不變。2019年以來，我國為提高專利質(zhì)量開展了專利監(jiān)管轉(zhuǎn)型，直接導(dǎo)致了世界食醋專利申請量的減少（2.1.2）。此外，全球范圍內(nèi)新冠病毒的流行，也使得近一年內(nèi)全球食醋領(lǐng)域?qū)＠暾埩亢蜕暾埲藬?shù)量出現(xiàn)大幅下降。這在食醋領(lǐng)域技術(shù)生命周期圖上呈現(xiàn)出衰退趨勢（見圖2）。然而對于食醋領(lǐng)域技術(shù)生命周期是否真正進(jìn)入衰退期需要今后的長期觀察。

圖2 食醋領(lǐng)域非失效專利技術(shù)生命周期（1936-2020）Fig.2 Technology life cycle of non invalid vinegar patents (1936-2020)

2.2 專利申請人及地域分布

2.2.1 專利申請人區(qū)域排名

對專利申請人所在區(qū)域進(jìn)行分析，排名前10的國家如圖3所示。在世界范圍內(nèi)，中國是目前在食醋領(lǐng)域申請專利最多的國家，共計(jì)3147條，占比77.41%。其次是韓國和日本，專利申請量分別為655條（16.15%）和113條（2.79%）。亞洲三國（中國、韓國、日本）的專利申請量位居前三，專利申請量共占96.35%。

圖3 當(dāng)前食醋領(lǐng)域?qū)＠暾埲怂趨^(qū)域排名前10的國家Fig.3 Top 10 countries in the region of the patent applicants in the field of vinegar

2.2.2 目標(biāo)市場國/地區(qū)排名

對目前食醋領(lǐng)域現(xiàn)存的非失效專利進(jìn)行目標(biāo)市場國/地區(qū)分布分析，進(jìn)而從一定程度上反映目標(biāo)市場的受關(guān)注程度，結(jié)果如表2所示。中國是最重要的技術(shù)目標(biāo)市場國，占比高達(dá)78.36%，其次是韓國，占比達(dá)到11.17%。結(jié)合專利五局（中國知識產(chǎn)權(quán)局、美國專利商標(biāo)局、歐洲專利局、日本特許廳、韓國特許廳）專利流向分布分析（圖4），可以看到中國、韓國是食醋專利的主要技術(shù)來源國，而兩國專利布局主要集中在本國內(nèi)。這也表明，兩國內(nèi)專利技術(shù)競爭相對激烈，在此兩國市場布局專利較為困難。日本除在本國內(nèi)進(jìn)行專利布局之外，在中國、美國和歐洲均有專利布局。韓國在我國和日本均有專利布局。

圖4 食醋領(lǐng)域?qū)＠寰謱＠飨蚍植糉ig.4 Territory distribution of vinegar patents in the world's top 5 intellectual property offices

表2 食醋領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)目標(biāo)市場國/地區(qū)分布Table 2 Potential targeted market country/region distribution of patents in the field of vinegar

2.2.3 國內(nèi)專利申請地域分布

對我國各省的食醋專利申請量進(jìn)行分析，專利申請量排名前十的省份如圖5所示。江蘇省是申請食醋專利最多的省份（391條），其次是山西省（306條）、安徽?。?95條）和廣東省（248條）。這可能與各省存在著諸多的食醋企業(yè)和從事食醋研究的科研單位有關(guān)。其中山西省是擁有實(shí)用新型專利最多的省份（72條），其次是福建?。?5條）、江蘇?。?5條）、河南?。?2條）和山東省（33條）。

圖5 國內(nèi)食醋專利申請量排名前十的省份Fig.5 Top 10 provinces in vinegar patent applications in China

2.2.4 主要申請人及地域分布

對全球范圍內(nèi)食醋領(lǐng)域?qū)＠饕暾埲诉M(jìn)行分析，排名前十的申請人信息如圖6所示。排名前十的申請人專利申請量共計(jì)428件，總占比10.14%。其中企業(yè)占7家，高校3家，其中國內(nèi)企業(yè)和高校數(shù)量分別為5家和3家，說明企業(yè)是食醋領(lǐng)域?qū)＠暾埖闹黧w，企業(yè)的創(chuàng)新意識和知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識在不斷加強(qiáng)，同時(shí)也說明國內(nèi)企業(yè)和高校在食醋專利申請上位于主要地位。進(jìn)入排名前十的兩家國外企業(yè)分別是日本的株式會社中埜酢店和荷蘭的普拉克生化公司。排名前十的申請人申請的專利類型以發(fā)明專利為主，共計(jì)371件，實(shí)用新型專利共計(jì)57件。江蘇恒順醋業(yè)股份有限公司發(fā)明和實(shí)用新型專利申請量分別為79和11件，位居專利申請總量第一位。排名其后的各申請單位專利申請量在30～45件之間，但差異不大。

圖6 食醋領(lǐng)域排名前10的專利申請人Fig.6 Top 10 patent applicants in vinegar patent applications

對排名前十的專利申請人專利布局情況進(jìn)行分析，結(jié)果見圖7。從圖7可知，除了江蘇恒順醋業(yè)股份有限公司擁有4件國際專利外，其他國內(nèi)企業(yè)和高校主要將專利布局到本國國內(nèi)。排名前十的兩家國外企業(yè)（株式會社中埜酢店和普拉克生化公司）在全球諸多國家均有專利布局。

圖7 食醋領(lǐng)域排名前10的專利申請人專利布局Fig.7 Patent geographic distribution of top 10 patent applicants in vinegar patent applications

對實(shí)用新型專利當(dāng)前的申請人進(jìn)行分析，排名前十的見圖8。

圖8 排名前10的實(shí)用新型專利申請人Fig.8 Top 10 patent applicants in vinegar utility model patent applications

在全球范圍內(nèi)，實(shí)用新型專利申請排名前十的申請人均來自中國，且均為企業(yè)，這表明我國是目前世界上在食醋領(lǐng)域?qū)嵱眯滦蛯＠暾埖闹饕獓?，企業(yè)是此類專利申請的主體。排名前十的申請人平均實(shí)用新型專利申請量為13件，福建省永春金春釀造有限公司實(shí)用新型專利申請量共計(jì)27件位居第一位。

2.3 重點(diǎn)專利

根據(jù)分析目的的不同，重點(diǎn)專利有著不同的定義，并且根據(jù)衡量指標(biāo)的不同又分為內(nèi)部和外部衡量指標(biāo)。被引用最多的專利被認(rèn)為已廣泛應(yīng)用和借鑒，這些專利更具影響力，并代表著該技術(shù)領(lǐng)域的核心創(chuàng)新技術(shù)[31]。在本研究中，僅通過專利被引情況（重點(diǎn)專利內(nèi)部衡量指標(biāo)之一）分別對食醋領(lǐng)域發(fā)明和實(shí)用新型專利進(jìn)行分析。排名前10的發(fā)明和實(shí)用新型重點(diǎn)專利如表3和表4所示。

表3 發(fā)明專利中排名前10的重點(diǎn)專利Table 3 Top 10 key invention patents in vinegar patent applications

表4 實(shí)用新型專利中排名前10的重點(diǎn)專利Table 4 Top 10 key utility model patents in vinegar patent applications

從表中可以看到，排名前十的重點(diǎn)發(fā)明專利技術(shù)創(chuàng)新主要集中在（果）醋飲料和新型食醋/保健醋的制作方法上；排名前十的重點(diǎn)實(shí)用新型專利技術(shù)創(chuàng)新主要集中在固態(tài)/液態(tài)食醋發(fā)酵設(shè)備和食醋儲藏和陳釀設(shè)備上。

2.4 技術(shù)主題分析

國際專利分類（international patent classification，IPC）提供了一種由獨(dú)立于語言的符號構(gòu)成的等級體系，用于按所屬不同技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠M(jìn)行分類[32]。分別對當(dāng)前食醋領(lǐng)域發(fā)明和實(shí)用新型專利按照IPC分類進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。食醋領(lǐng)域發(fā)明專利分布在IPC的7個部，45個大類；實(shí)用新型專利分布在IPC的8個部，42個大類（數(shù)據(jù)未展示）。其中，排名前10的發(fā)明和實(shí)用新型專利IPC分類分別見表5和表6。由表5和表6可知，食醋領(lǐng)域發(fā)明專利排名前十的主題主要包括兩個大類C12（醋、微生物學(xué)）和A23（其他類不包含的食品或食料；及其處理）；排名前10的實(shí)用新型專利主題主要包括C12（醋、微生物學(xué)）、B01（一般的物理或化學(xué)的方法或裝置）、B67（開啟或封閉瓶子、罐或類似的容器；液體的貯運(yùn)）、A47（家庭用的物品或設(shè)備）和F26（干燥）五個大類。

表5 食醋領(lǐng)域國際專利分類排名Table 5 Ranking of international patent classification of vinegar invention patents

表6 食醋領(lǐng)域?qū)嵱眯滦蛧H專利分類排名Table 6 Ranking of international patent classification of vinegar utility model patents

通過提取技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠凶畛Ｒ姷年P(guān)鍵詞生成詞云圖（字體越大，專利數(shù)越多），結(jié)合3D專利地圖（地圖中坡度越大，顏色越白，表示專利越多），分別對食醋領(lǐng)域發(fā)明專利和實(shí)用新型專利主要技術(shù)主題進(jìn)行進(jìn)一步分析，結(jié)果分別見圖9和圖10。

圖9 食醋領(lǐng)域發(fā)明專利主題分布Fig.9 Theme distribution of vinegar invention patents

圖10 食醋領(lǐng)域?qū)嵱眯滦蛯＠黝}分布Fig.10 Theme distribution of vinegar utility model patents

對于發(fā)明專利來說，從詞云統(tǒng)計(jì)圖（圖9a）中可以看到，擁有較多專利數(shù)的主題包括：生產(chǎn)方法、制造（作）方法、醋酸發(fā)酵、（果）醋飲料、發(fā)酵醋、保健醋、醋酸菌等。對食醋領(lǐng)域的發(fā)明專利生成3D專利地圖（圖9b），聚類結(jié)果（地圖中的每種顏色代表1個聚類）表明食醋領(lǐng)域發(fā)明專利主題主要包括10個領(lǐng)域（每個領(lǐng)域標(biāo)簽通過提取專利關(guān)鍵詞生成）。其中，專利最多的領(lǐng)域標(biāo)簽為固態(tài)/液態(tài)/細(xì)菌/醋酸/保健醋。對于實(shí)用新型專利，從詞云統(tǒng)計(jì)圖（圖10a）中可以看到，發(fā)酵罐、新型結(jié)構(gòu)、攪拌裝置、發(fā)酵裝置、醋發(fā)酵等是主要的主題。3D專利地圖（圖10b）表明食醋領(lǐng)域?qū)嵱眯滦蛯＠饕?個領(lǐng)域，專利最多的領(lǐng)域標(biāo)簽為淋醋/發(fā)酵罐/固態(tài)/釀醋/混合。

基于以上分析，對食醋領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)主題邏輯模型進(jìn)行構(gòu)建，結(jié)果見圖11。食醋領(lǐng)域發(fā)明專利技術(shù)主題主要可概括為：果醋飲料、新型食醋/保健食醋、食醋生產(chǎn)工藝、菌種等；實(shí)用新型專利技術(shù)主題主要可概括為：發(fā)酵裝置、智能控制系統(tǒng)（裝置）、物料（過程）處理裝置、存儲（陳釀）設(shè)備、包裝設(shè)備等。

圖11 食醋領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)主題邏輯模型圖Fig.11 Logic model of related themes of vinegar patents

3 結(jié)語與展望

基于專利文獻(xiàn)，該文對食醋領(lǐng)域?qū)＠M(jìn)行了可視化分析。當(dāng)前食醋領(lǐng)域?qū)＠园l(fā)明專利為主（86.64%）；中國企業(yè)發(fā)明和實(shí)用新型專利申請量均位居世界前列；江蘇恒順醋業(yè)股份有限公司和福建省永春金春釀造有限公司分別是擁有發(fā)明和實(shí)用新型專利最多的兩家企業(yè)；中國、韓國和日本是當(dāng)前食醋領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)的主要目標(biāo)市場國和技術(shù)來源國。食醋領(lǐng)域?qū)＠暾堈w上主要集中在近二十年時(shí)間（2001-2020）內(nèi)，且自2018年以來，食醋領(lǐng)域?qū)＠暾埲藬?shù)量和專利申請量呈現(xiàn)出回落趨勢。食醋領(lǐng)域發(fā)明專利技術(shù)主題主要以食醋發(fā)酵菌種、產(chǎn)品及其生產(chǎn)工藝為主；實(shí)用新型專利技術(shù)主題主要以發(fā)酵、物料處理、系統(tǒng)控制和儲藏、包裝設(shè)備等為主。結(jié)合食醋領(lǐng)域相關(guān)文獻(xiàn)的知識結(jié)構(gòu)和研究趨勢分析，可以推斷未來食醋技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域發(fā)展趨勢主要包括以下幾點(diǎn)：①選育優(yōu)良微生物作為發(fā)酵菌種；②通過改善生產(chǎn)工藝提高食醋品質(zhì)；③開發(fā)更多的具有保健功能的食醋新品；④開發(fā)智能化、一體化的發(fā)酵或過程監(jiān)測和控制設(shè)備。

本研究僅對食醋領(lǐng)域相關(guān)非失效專利進(jìn)行了可視化分析，未對失效專利（56.13%）進(jìn)行剖析挖掘。然而，失效專利因其具有的實(shí)用性以及沒有因法律狀態(tài)改變的存在價(jià)值，具有重大的利用價(jià)值。今后可以對食醋領(lǐng)域失效專利進(jìn)行深入剖析，并加以利用，以促進(jìn)食醋領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新的快速發(fā)展。