鲜活水产品运输中附属零部件设备专利综述*

2015-07-18廖秀丽窦碧霞国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心广东广州510000

江西水产科技 2015年1期

吴倩廖秀丽窦碧霞郭帅(国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东广州510000)

吴倩廖秀丽窦碧霞郭帅
(国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东广州510000)

在鲜活水产品运输过程中，除了对运输容器本体进行改进，以及对水产品活体进行各种理化处理外，对于附属零部件设备，例如对于增氧、水体循环以及水质调节和温度控制等设备的发明、使用以及改进也至关重要。从专利文献的角度对鲜活水产品运输过程中所使用的附属零部件的发展脉络进行阐述，对鲜活水产品保活运输中亟待解决的问题提供相应的参考。

鲜活水产品;运输;零部件;专利

引言

水产品具有低脂肪、高蛋白的特点，是合理膳食结构中不可缺少的重要组分。鱼、虾、蟹等各种“河鲜”、“海鲜”均深受广大消费者的青睐。目前，国内外市场对活鱼的需求量与日俱增，如香港人均年消费水产品40kg，其中90%是活鲜品，日本进口活鱼量每年都以5%的速度增长。中国幅员辽阔，南北海岸线长，尤其是在远离海岸线的内地，城乡居民不易品尝到沿海的鲜活海鲜，因此，鲜活水产品运输日益成为水产养殖业中一个不可缺少的环节，如何实现南鱼北运、北鱼南调、东西互运等，确保水产品的鲜活运输，已成为人们关注的焦点［1］。

影响水产品运输效率和存活率的因素主要有水体溶氧量、水质以及温度调控等［1］。各国在鲜活水产品的运输过程中，已对运输所采用的容器本体本身、对活体的理化处理方式以及所采用的附属零部件等进行了大量的发明以及改进。在此，笔者主要对涉及附属零部件设备的发明与改进的专利文献进行总结，例如用于增氧、水体循环以及水质调节和温度控制等方面的设备，阐述其发展脉络，以期为鲜活水产品运输的发展和研究提供参考。

1 鲜活水产品的运输过程中所采用的附属零部件设备的概念

在关于鲜活水产品运输的现有技术中，会涉及对设备以及方法的改进，如公开号为SU963488的申请中，对于运输容器本身结构进行改进，将其底部倾斜，便于废弃物排出，又如公开号为JPS4969810的申请中，利用药物对活体进行麻醉，公开号为JPS5497300的申请中通过添加激素以增强活体的抗应激能力，除上述容器本身结构以及对水产品活体进行各种理化处理外，其他的部件则概括为附属零部件设备，例如用于增氧、水体循环以及水质调节和温度控制等方面的设备。

2 技术发展状况

2.1 全球申请量分析

笔者在中国专利文摘数据库(CNABS)和德温特世界专利数据库(DWPI)中选取相应的关键词和分类号进行检索，并对检索结果进行了分析。图1显示了鲜活水产品运输过程中所采用的附属零部件设备的全球申请量(数据统计从上世纪70年代开始，截止到2014年1月3日)。

图1鲜活水产品运输过程中所采用的附属零部件设备的全球申请量(数据统计从上世纪70年代开始，截止到2014年1月3日)

图1 显示了鲜活水产品运输过程中所采用的附属零部件设备的全球申请量(本文中所有数据统计从上世纪70年代开始，截止到2014年1月3日)。

从申请量来看，图1反映出鲜活水产品运输过程中所采用的附属零部件设备的申请总量呈逐年上升趋势，1974－1995年处于技术起步初期;1996年至2012年，鲜活水产品运输过程中所采用的附属零部件设备的总量大幅上升，技术进入良好的发展期，且申请量先后出现了四个峰点:1996年、2003年、2010年和2012年。这与世界渔业总产量的变化存在一定关系，如根据联合国粮食及农业组织(FAO)的统计，从1994年开始，世界渔业连续7年增产，总产量突破1.3亿吨大关，截止到2003年，总产量已达到1.33亿吨，从2007年开始，世界渔业再次连续5年增产，从2007年的1.402亿吨一致增产到2011年1.54亿吨［2］。由此可见，这两段时期内，渔业产量出现大幅度增产，不断突破产量大关，相应的，其必然会使得鲜活水产品的运销手段以及方式产生变化，促进了人们对该领域进行相应的研发和技术革新，因此出现多个专利申请高峰。2012年至2014年申请量有所下降，可能的原因是由于专利从申请到公开或公告需要一定的审查周期，许多专利还尚未出于公布状态，并不能代表2012年以后专利申请的实际数量。鉴于图1中所呈现出的历史曲线，可以预测2012年后该领域的申请量还会迎来持续增长。

2.2 专利申请产出国分布

图2显示出上述领域专利文献在主要产出国的分布。排名靠前的国家依次为中国、日本、美国、韩国以及前苏联。一般而言，一个国家拥有的原创技术越多，说明其在该技术领域的研发能力和技术实力越强。排名第一的中国的申请量远高于其他国家，表示在该领域中，中国的研发活跃程度很高。

图2 专利文献在主要产出国分布

这与上述各国的水产养殖业产量以及经济发展状况有着密切关系，如截止到2010年，中国水产养殖产量3673.4万吨，占世界水产养殖总产量61.3%，居世界首位;水产养殖业原来十分发达的日本，虽然2002年产量达到827115t后逐步下降，2010年减少到718284t，8年时间产量减少近9万吨，但排名仍然在第11位;美国2004年产量达到607570t，以后逐步下降，2010年减少到495499t，6年时间产量减少11万吨，但排名仍在第13位;韩国水产养殖业在进入新世纪后发展很快，年产量从2001年的294484t逐年增产到2007年的606122t，第二年减少到473794t，一年时间减产13万吨，近两年保产，排名从2007年的第12位降到第15位［3］。由此可见，上述几大经济体的水产养殖产量占全世界总量的比例很高，因此，其具备足够的动机对水产养殖领域进行技术革命和发明创造，其中就包括鲜活水产品品运输技术和设备。

除此之外，上述各国均为现今世界上经济较为发达的经济体，如美国、中国以及日本分别为世界前三的经济体，具有雄厚的资金以及技术优势用于支撑水产养殖业，其中包括鲜活水产品运输技术的发展。其次，中国、韩国以及日本国土均具有广阔的海岸线，具有悠久的渔业发展历史，因此，在水产养殖业领域具有先天优势，相关的专利申请量在总量中占有较大比例，尤其是随着中国经济的迅速发展以及国家产业升级以及转型的需要，政府大力提倡与鼓励发明创新，由此导致中国的专利申请量大大超过其他国家。

2.3 重点附属零部件专利技术

图3显示出在对鲜活水产品运输所采用的附属零部件设备的改进中，最突出的几个技术问题的比率分布:提高存活率(占比约39%);其次是方便运输(占比约15%)、延长运输距离(占比约13%)、防止活体损伤以及降低成本(占比均约为10%)、结构合理、简单(占比约7%)以及保持保新鲜度(占比约6%)。

图3 在对鲜活水产品运输所采用的附属零部件设备的改进中，所要解决的技术问题的比率分布

鲜活水产品运输中，水中的溶解氧、水质状况(如pH，氨氮含量等)以及温度为常见的直接影响鲜活水产品存活率以及经济效益的三大因素［1］。图4显示出涉及增氧、水体循环和水质调节以及温度控制设备在鲜活水产品运输所用的附属零部件中所占有的比例(数据统计从上世纪70年代起，截止到2014年1月3日)。从图4中可以看出以下趋势，在总共345件专利申请文件中，涉及到增氧设备的文件有236件(占比约68%)，水体循环和水质调节设备的文件有136件(占比约39%)，温度控制设备的文件有122件(占比约35%)，由此可以看出，增氧、水体循环和水质调节以及温度控制设备在鲜活水产品运输所用的附属零部件中占有极高的比例，说明实际操作中对于上述三种部件的开发和改进十分重视，这也与在实际的运输过程中，十分注重对水体溶解氧、水质状况(如pH，氨氮含量等)以及温度的控制和调节相对应。

图4 增氧、水体循环和水质调节以及温度控制设备在鲜活水产品运输所用的附属零部件中所占有的比例(数据统计从上世纪70年代起，截止到2014年1月3日)

以下对增氧、水体循环和水质调节、温度控制设备的发展趋势做出相应分析:

(1)增氧设备

1974年，法国就提出有关增氧设备的发明专利申请(公开号FR2282225)，其构造比较简单，即通过管道连接喷嘴，通过电力驱动将气体分散到水体中进行增氧，几乎与此同时，在1977年的苏联，产生了一种活鱼运输容器(公开号SU646964)，该容器中设置了滚筒，在滚筒上设置传送带，通过滚筒带动传送带转动，从而引起水体的循环运动，以此便可以增大不同水层与氧气的接触面积，起到对水体充氧的目的。

而上述机械设备供氧的方式存在结构复杂，使用成本高等缺陷，因此，针对上述缺陷，有发展出化学供氧的方式，即，利用化学物质之间的化学反应产生氧气，以此来增加水体中的氧气含量，但上述化学物质直接投放到水体中会导致水产品误食，污染水体，并且无法长时间的保持增氧。为了改进上述缺陷，日本于1991年提出了一种供氧装置的封套结构(公开号JPH01103902)，其利用透气但是不透水的膜材料制成一个封套结构，其中放入过氧化物等可以产生氧气的反应物，这样就可以直接将上述含有化学物质的封套结构直接投入水中，封套内部产生的氧气可以透过渗透到水中，而外界的水体不能进入到封套中，因此可以长时间供氧，不会污染水体和引起水产品误食。为了进一步提高氧气在水体中的溶解效率，日本于1991年还提出了一种多孔碳材料制作的部件(公开号JP2984951)，氧气在通过该部件以后，可以在水中形成直径很小的氧气泡，以此可以极大提高氧气与水体的接触面积，显著提高氧气在水中的溶解率。

随着自动化技术的不断发展，人们越来越期望能产生一种自动化设备，用于实时检测运输容器水体溶氧量的变化，并且根据这种变化，通过反馈机制将变化的信息传递给相应的设备，并且自动控制增氧机进行增氧操作，以此减少人工观察所产生的误差以及人工增氧带来的劳动强度，因此，日本于1992年发明的可自动调节水体溶氧量的系统应运而生(公开号JPH0678648)，该系统包括可以对水体溶解氧进行探测的方式，一旦水体溶解氧产生变化，该探测方式可以将这种信息的变化反馈到相应的控制器，由控制器自动控制增氧设备进行增氧操作，实现了自动检测、自动增氧的目的。

进入到21世纪，绿色产业逐渐成为主流，各类工业都在寻求绿色、环保、无污染的生产或运作模式。在这种的趋势下，印度于2005年提出了一项专利申请(公开号IN200501065)，即利用风力驱动相应的设备，使该设备在运输容器内的水体中产生搅动，以此来产生旋转的水流，提高溶氧效率。进入到2007年，随着无线通信技术，韩国此时提出了一项新技术(公开号KR100898733)，即利用调制解调器(MODEM)与移动终端，如用户手机实现无线连接，可以实时将运输容器水体的溶解氧等信息传递给用户，使得用户及时掌握水体的溶解氧信息，并且通过安装在容器外的操作面板实现对增氧设备的控制，使得整个系统实现高度的信息化，更加有利于在长距离、长时间的水产品运输过程中，对于水体溶解氧信息进行及时掌握和控制。进一步的，中国在2009年还提出了一种空调增氧机(公开号CN201528594)，该发明中，将制冷机制冷后产生的新鲜空气通过空压机以及相应的管道送至存储鲜活鱼类的鱼池，实现了一机两用，使得制冷、充氧可同时进行。

由此可见，运输容器的增氧设备已经由早期非自动化的机械增氧设备逐步转化为与自动控制技术、无线通信技术结合，利用现有的传感器，实现对水体溶解氧的精确探测与反馈，实现对增氧设备的自动控制，可以预见，随着传感器，控制器以及等电子元器件造价成本的逐渐降低，以及通信系统的进一步发展，这种自动化的增氧控制系统不久将大面积应用于实际的鲜活水产品的运输过程中，同时结合微孔充气技术，使得氧气分子与水体充分接触，形成“氧气泡”，以此来大幅度提高氧气在水体中的溶解效率，提高增氧效果。

(2)水体循环和水质调节

对于鲜活水产品运输中的水体进行处理以及循环处理的专利申请最早出现于1975年，公开号为SU528071的前苏联专利申请中涉及到对运输容器水体进行循环利用的方案，其设置有水循环室，利用泵、喷嘴以及阀门完成水体的循环利用，同年，巴西提出一种利用吸附材料对运输容器内的水体进行净化处理，然后再进行循环利用的技术方案(公开号BR7602819)。在此基础上，日本于1979年将活性炭引入，来到对运输容器内的水体进行净化(公开号JPS5623823)，其专门设置有活性炭层，利用活性炭巨大的表面积以及空隙来吸附因水产品的排泄物以及饵料腐败而产生的有害物质，以此来对运输容器内的水体进行净化。

众所周知，在鲜活水产品的运输过程中，水产品不可避免的会进行排泄等代谢过程，大量的排泄物会导致水体中的氨氮含量上升，影响水体pH值，导致鱼类等水产品产生氨氮中毒的现象，严重影响鲜活水产品的存活率。因此，如何减少水体中的氨氮含量一直是水产品运输领域亟待解决的问题，这一问题在1985年得到有效解决，日本在该年提出一项新的方案(公开号JPH0728629)，即设置过滤床对运输容器内的水体进行处理，过滤床上培养有硝化细菌，利用硝化细菌的消化作用将毒性高的氨气和亚硝酸根转化成几乎无毒的硝酸根离子，以此来答复降低水体中氨氮的含量，有效保证水产品的成活率。两年后，即1987年，日本再次提出新的运输容器内水体的处理技术，即，利用转动的叶轮产生负压，吸进空气产生空气泡，利用气泡表面吸附混杂在水中的可溶性有机物，以此达到水质净化的目的。这种技术与污水处理领域的蛋白质分离器的作用原理类似，也为后期将成熟的蛋白质分离器技术引入到运输容器内水体的处理领域奠定了基础。

1988年在法国还出现了一种新的水体净化方式(公开号FR2627349)，即，将牡蛎的运输容器分成三个部分，牡蛎储存于第一部分的水体中，第二部分中培养新鲜的藻类，一段时间后，将第一部分中养殖牡蛎的水体导入第二部分，通过第二部分的藻类吸收其水体中的氨氮化合物以及其他有机废物等，促进藻类成长，再将经过第二部分中的藻类处理过的水体通过第三部分返回到第一部分，再次用于饲养牡蛎，由此实现水体的循环利用。上述水体净化方式虽然比较新颖，并且是利用天然植物对水体进行净化处理，没有毒副作用，但是需要在容器中分隔出专门的空间来饲养新鲜藻类，使得整个容器结构变得更为复杂，且后续的处理上述藻类的过程会增加额外的工作量，增加了使用成本，因此不具有太大的实用价值。日本于1992年提出可自动调节水体氨氮含量的系统(公开号JPH0678648)，该系统包括可以对水体氨氮含量进行探测的方式，一旦水体的氨氮含量产生变化，该探测方式可以将这种信息的变化反馈到相应的控制器，由控制器自动控制氨氮处理设备，利用多孔陶瓷材料进行氨氮清除操作，实现了自动检测，自动清除水体氨氮的目的。2001年，日本再次提出一种利用电磁水处理系统对活鱼存储容器内的水体进行处理的全新水处理方式(公开号JP2003144002)，具体的处理方式为，利用电极以及磁极形成电场和磁场，将水体通过上述电场被电解产生氧气，为水体增氧，同时，水体通过磁场时，有机物分子与水分子之间会产生摩擦，这种摩擦会导致温度升高，对有机物分子产生“燃烧”效应，使得能导致水体污染的有机物含量得到减少，通过上述电场和磁场的作用，可以对水体进行电磁处理，进行水体的消毒和净化。此外，紫外线和臭氧因为能破坏细菌或病毒中的DNA(脱氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)结构而具有杀菌消毒效果，因此，韩国于2007年、中国于2011年分别将紫外灯以及臭氧发生器引入到水产品存储容器中，利用其产生的紫外线和臭氧对水体进行高效消毒(公开号KR100926277;公开号CN102986581)。

由此可见，在对运输水体进行水质调节的过程中，设置专门的过滤部件，其中采用相应的吸附材料，如活性炭等进行吸附处理，利用紫外线进行消毒杀菌或者利用硝化细菌进行生化处理的方式均已经出现，再将处理过的水体再次进行循环利用，可减少水体更换的频率，上述方式因为取材方便，使用成本以及操作门槛低，有利于进行大规模的实际运用。同时，和增氧设备一样，水体处理设备预期会逐步与自动控制技术、无线通信技术结合，利用现有的传感器，实现对各水质指标(如pH、氨氮含量等)的精确探测与反馈，实现对处理设备的自动控制，这种自动化系统将极大的提高实际的鲜活水产品的运输过程中，对于水体进行处理、净化的工作效率，有利于降低经济成本和人工操作的劳动强度。

(3)温度控制

在水产品的运输过程中，温度也是影响水产品存活率，间接提高经济效益的重要因素。因此在1981年，德国就提出了一种在水产品运输过程中的温度控制装置(公开号DE3265074)，即设置一喷嘴，水流通过该喷嘴后会被打散形成水雾，水雾被喷洒到空间中会吸收热量，以此来达到将容器内的温度控制在一定范围内的目的。这种降温方式使用成本高且工作效率低(需要不断形成喷雾，降温效果有限且低温维持时间不长)。因此，针对上述缺陷，法国于1984年提出利用冷凝机制冷产生低温的技术方案(公开号FR2572252)，这种方式降温效果明显，能够通过改变冷凝机的功率来使温度达到预期的范围，且只要冷凝机持续工作，制冷效果就会一直持续，因此，低温维持时间长，适合长距离、长时间的运输。但是冷凝机的使用必须要设置特定的安装空间，且需要持续提供动力使其工作，使用成本较高，在短途运输中不太适用，因此，美国在1987年又提出一种降温方式(公开号US4712327)，即在容器内设置一内壁结构，这样内壁与外壁之间形成有填充空间，再向其中填充冷却物质(如冰块等)，这样就可以对容器内的水体进行降温处理，适合于短途运输。上述几种温控方式均需要人工观察和进行操作，不能实现自动化控制。对此，日本于1992年提出可自动调节温度的系统(公开号JPH0678648)，该系统包括可以对温度进行探测的方式，一旦水体温度产生变化，该探测方式可以将这种信息的变化反馈到相应的控制器，由控制器自动控制加热/降温设备，实现了自动检测，自动控温的目的。进入到2007年，随着无线通信技术，韩国提出一项新技术(公开号KR100898733)，即利用调制解调器(MODEM)与移动终端，如用户手机实现无线连接，可以实时将运输容器内的水体温度等信息传递给用户，使得用户及时掌握水体温度信息，并且通过安装在容器外的操作面板实现对温度的控制，使得整个系统实现高度的信息化，更加有利于在长距离、长时间的水产品运输过程中，对于环境温度进行及时掌握和控制。

由上述内容可以看出，在鲜活水产品运输的温度控制设备方面所进行的创新不多，多采用的是冰块、冷凝机等现有降温设备，或者加热器等常规的升温部件，依照上述1992年日本提出的专利申请，将冷凝机或加热器等设备与自动控制技术，无线通信技术相联系，实现自动化、精细化以及小型化的温度控制，使之适合于长、短途以及各类鲜活水产品的运输将成为未来发展的主流。