基于专利分析的藻油DHA技术发展研究

周 洪，魏 凤，邓阿妹，侯鑫鑫，牛振恒，崔 球，宋晓金

(1.中国科学院 武汉文献情报中心，武汉430071； 2.中国科学院 青岛生物能源与过程研究所，山东 青岛266000)

专题论述

基于专利分析的藻油DHA技术发展研究

周 洪1，魏 凤1，邓阿妹1，侯鑫鑫1，牛振恒2，崔 球2，宋晓金2

(1.中国科学院 武汉文献情报中心，武汉430071； 2.中国科学院 青岛生物能源与过程研究所，山东 青岛266000)

藻油DHA作为新一代功能食品药物保健因子，正成为全球科研和产业关注的热点。以DHA领域的专利为研究对象，从菌种选育、发酵培养、收集提取、富集纯化、精制、改性及衍生化的角度，全面梳理了藻油DHA生产链专利技术的趋势和分布，识别了技术发展动向和技术空白点，发现DHA的生产技术向着提高DHA的纯度、稳定性、产量的方向发展，产品形式日益多样化，并向日常消费品方向扩展。剖析了国内外主要机构在华专利的技术特点，国外机构在华专利已覆盖藻油DHA生产的全链条和DHA的产品领域，而国内企业DHA专利申请的时间较晚且专利数量较少，主要集中于藻油DHA的生产技术和DHA在食品中的应用。最后，提出了工艺技术研发、专利战略布局、丰富产品形式方面的建议。

藻油；DHA；专利技术；专利分析；菌种选育；DHA应用

DHA是一种对人体重要的ω-3系列多不饱和脂肪酸，具有健脑益智、促进神经和视觉系统发育、抗癌、抗炎、预防和治疗心血管疾病和延缓衰老等功效[1-5]，在医药、食品、饲料等行业具有广阔的应用前景[6-9]。早期DHA产品多以富含DHA和EPA的深海鱼油(通常为金枪鱼油)为原料，通过分子蒸馏工艺制得，以混合形式存在[10]。20世纪90年代出现了微生物生产DHA的技术，通过对能合成DHA的微生物进行发酵培养，经过分离、提取、纯化等工艺获得DHA[11]。自然界中具有合成DHA功能的微生物有微藻、真菌和细菌等，其中对微藻的研究最为集中。目前，利用微藻的发酵培养生产藻油DHA已实现了工业化和规模化生产。与鱼油DHA相比，藻油DHA更容易被人体吸收及代谢，且食用更加安全，无异味、无污染[12-13]。全球的DHA市场上已呈现藻油DHA逐渐取代鱼油DHA的发展趋势，正成为全球科技研发和产业应用关注的热点。

藻油DHA作为研究和应用热点，包括多个复杂流程，涉及菌种选育、发酵培养、收集提取、富集纯化、精制、改性及衍生化等工艺。菌种选育技术是DHA生产过程中最基础也是最关键的技术环节，涉及诱变突变、基因工程、遗传改造、基因重组、浅蓝菌素等技术[14-16]。发酵培养过程是决定藻油DHA产量的关键环节，涉及培养基成分、培养条件、培养方式等[17-18]。收集提取是DHA生产中的中间环节，在油脂提取前应对藻体进行破壁处理，主要有物理压榨法、有机溶剂提取法、超临界萃取法等[19]。DHA油脂提取后，还需经过脱胶、碱炼、脱色和脱臭等精制技术[20-21]，才能得到符合消费者要求的DHA精制油。为了得到更加易于应用的DHA，需要利用DHA的理化性质对其改性及衍生化，从而获得高含量、高稳定性、易于吸收利用的DHA，以满足人们对于DHA产品的需求。

本文以全球DHA专利为研究对象，选择德温特创新索引(Derwent Innovations Index，DII)、Innography、中国科学院专利在线平台专利数据库作为专利检索数据库，从藻油DHA的整个生产链(菌种选育、发酵培养、收集提取、富集纯化、精制、改性及衍生化)及应用的角度，分析DHA各环节的关键技术发展趋势和技术领域分布，研究当前DHA技术成熟度、关键技术最新动向、技术空白点，研判主要机构在华的专利布局和特点。希望通过DHA专利分析，为我国藻油DHA技术研发创新、市场开拓、专利申请与保护提供参考借鉴。

1 DHA专利申请趋势和技术领域分布

DHA技术专利(基于优先权专利)1998年左右开始快速稳定增长，近年来各流程专利发展出现分化，技术链后端偏向应用的专利发展势头较好。DHA专利总体可以分为3个阶段：第1阶段是20世纪80年代至1998年，是DHA专利的起步萌芽期，专利申请不连续，呈缓慢发展状态；第2阶段是1999年至2012年，是DHA专利的增长期，专利数量整体保持持续平稳增长；第3阶段是2013年至今，DHA专利发展出现了分化，菌种选育、精制等阶段的专利申请呈现出增长趋缓，收集提取、应用形式等阶段的专利继续呈现出增长趋势。具体而言，收集提取技术专利最多，近年来申请数量出现大幅增长；产品应用形式、改性及衍生化等靠近技术链后端的技术是专利申请的关注点，2010年左右出现了跨越式的增长，并保持较好的发展势头。

根据国际上公认的学科、技术与专利分类方法(IPC分类法)，对DHA技术涉及领域、申请数量、热点开展分析，如表1所示。

表1 各技术流程IPC分类小组前5个专利技术领域及其申请情况

续表1

机构专利数量时间技术特点帝斯曼(荷兰)352003—2013年1999—2003年，帝斯曼的专利多为微生物油脂的生产技术，包括微生物的培养技术、油脂的分离纯化技术等2006年后开始关注DHA在食品领域的应用，陆续申请了含微胶囊的婴儿食物、素食微胶囊、食物产品用高稳定性多不饱和脂肪酸组合物、含多不饱和脂肪酸的植物油等专利重视DHA油脂生产技术优化，包括对培养基进行优化、对微生物物种进行改良、挖掘多不饱和脂肪酸合成的关键基因和酶、利用植物生产DHA等逐渐重视DHA油脂在药品和食品中的实际应用，药品应用包括治疗糖尿病的药物和头孢拉定等，食品应用包括微胶囊、香料、植物油、多种可食用乳液(水包油乳液、有机乳液)等雀巢(瑞士)311998—2014年早期技术主要限于用于婴儿制剂的脂类组合物及其制备方法和含DHA的谷物食品2004年以后的专利主要涉及多种营养组合物，并涉足了婴儿配方乳领域纽迪希亚(法国)302001—2014年主要涉及营养保健品和营养配方，如心血管疾病制剂、营养品和营养配方、营养组合物等雅培实验室(美国)191997—2014年技术主要集中于婴儿配方、营养型制剂、营养乳液等的研发2016年及以后，计划关注于医疗营养产品的研发杜邦(美国)192004—2013年主要集中于PUFA合成的关键酶及利用这些酶在含油酵母中制备长链多不饱和脂肪酸的方法，涉及的酶包括Δ15脂肪酸去饱和酶、Δ12去饱和酶、Δ9延伸酶、突变型Δ9延伸酶、Δ17去饱和酶、Δ8去饱和酶、突变型Δ8去饱和酶、Δ4去饱和酶、Δ6去饱和酶和突变的Δ5去饱和酶关注酰基-辅酶A溶血磷脂酰基转移酶对多不饱和脂肪酸生物合成的促进作用马泰克(美国)172001—2008年2011年被帝斯曼收购，具有较多专利合作2006年后开始关注DHA的应用，并陆续申请了含多不饱和脂肪酸的油产品、植物种子油、用于治疗痴呆相关病症的多不饱和脂肪酸等相关专利2007年开始关注PUFA聚酮化合物合成酶(PKS)系统的应用，并陆续申请了与PKS系统的克隆、异源表达以生产多不饱和脂肪酸等技术相关的专利三得利(日本)161996—2008年技术主要集中于含多不饱和脂肪酸的油脂制造方法2003年以后，技术逐渐趋于多样化，包括脂肪酸的改性技术、含DHA的食品、去饱和酶基因的挖掘和应用、多不饱和脂肪酸的生产新工艺等内蒙古蒙牛乳业142007—2015年技术主要为添加DHA的婴儿液态奶、孕妇液态奶、酸奶等广东润科132010—2016年早期专利主要集中于含DHA的油的制备2015年研发了裂壶藻与寇氏隐甲藻混合发酵技术、耐高温型微藻DHA油脂微胶囊粉末的制备方法澳优乳业132010—2015年主要集中于婴幼儿配方奶粉和婴幼儿辅食的研发和配制厦门金达威122009—2015年重视DHA的实际应用，研发了预防和治疗心脑血管疾病的组合物、生物酶催化制备磷脂型DHA的方法和植物性软胶囊胶皮组合物嘉必优生物技术(武汉)112013—2015年技术集中于微生物油脂的提取方法和利用高山被孢霉生产花生四烯酸油脂的方法南京工业大学092007—2015年技术主要集中于裂殖壶菌的发酵技术、DHA的提取和精制技术、菌株的诱变技术、DHA微胶囊制备技术等

由表1可知，菌种选育专利的技术主要集中在脂肪、脂油、酯型蜡、高级脂肪酸及氧化油或脂的制备，植物细胞表达载体构建、外源基因在植物细胞的表达，PUFA/ω-3/DHA合成的相关基因和基因克隆，酵母的遗传改造(酵母转基因)等领域。近年来酶或酶原基因的外源表达、酶及酶原、酶的激活、活性抑制、分离和纯化、转移酶类等酶相关的技术，以及DNA重组技术、细胞的遗传改造、细胞转基因技术等基因工程技术是菌种选育的热点技术。

发酵培养专利主要涉及含氧有机化合物的制备、食品或食料、微生物、动物饲料、含有机有效成分的医药配制品、脂肪或脂油的生产、具有特定治疗活性的化合物或药物制剂、奶粉或奶粉的配制品等技术领域。微生物真菌类技术领域是近几年来专利申请的技术热点。

收集提取专利主要覆盖脂肪、脂油、高级脂肪酸的制备、萃取法，以及食品或饲料添加剂、医药配制品的有机有效成分、化合物或药物制剂的特定治疗活性等食品、医药领域中的技术等领域。近年来，改变食品的营养性质或营养制品、治疗神经系统疾病的药物等技术相对自身发展较快。

精制专利主要覆盖含氧有机化合物、脂肪或油脂的加工处理、饮食产品的加工处理、利用原料生产脂肪或油脂等技术领域。脂肪或油脂的精制、利用萃取法从原料中生产脂肪或油脂这两个技术领域是近几年来专利申请的技术热点。

改性及衍生化专利主要覆盖含氧有机化合物的制备、化合物或药物制剂的特定治疗活性、食品营养成分添加剂、医药配制品的有机有效成分等领域。近年来，医药配制品的有机有效成分领域中的无化学特性之有效成分的混合物、与两种羟基化合物形成的磷酸二酯(其中一种羟基化合物具有氮原子)、用于治疗中枢神经系统神经变性疾病的药物、抗高血脂药增长速度较快。

应用形式专利主要集中在食品、医药等方面，覆盖含氧食品营养成分添加剂、医药配制品的有机有效成分、化合物或药物制剂的特定治疗活性等技术领域。改变食品的营养性质或营养制品、无化学特性之有效成分的混合物这两个技术领域是近几年来专利申请的技术热点。

2 DHA技术最新动向和技术空白点

2013年以来，各个阶段涌现出一批新技术，如表2所示。由表2可知，菌种选育专利虽然增长趋势减缓，但在菌株、有机化合物、含氧的有机物制备液态烃混合物、脂肪族微生物等方面，出现了新裂殖Mangrovei菌株、天然藻油组合物及其制备方法、重组核酸分子等新技术，提高菌株产DHA的能力。

发酵培养专利在动物饲料的生产方法、食品或食料、含有机有效成分的医药配制品、发酵或使用酶的方法合成目标化合物等技术领域出现了一些新的技术和方法。

收集提取专利在结合组织肽，真空蒸馏，碱金属，铜、金或银的硫酸盐等方面，出现了从鳕鱼骨中提取ω-3多不饱和脂肪酸及骨胶原蛋白和活性钙、多烯酸及其酯单体的制备方法及其装置、清洁的微藻油脂利用装置、植物甾醇脂肪酸酯及其催化合成方法等新技术，向无污染、低残留和非溶剂的方向发展。

精制技术还处于发展阶段，在动物饲料的生产、化妆品和医药配制品的配方、食品保存、肽的制备、含氧有机化合物制备等技术领域出现了一些新的技术和方法，由物理和化学方法向着酶和生物学方法的方向发展，以满足DHA的高纯度和高品质要求。

改性及衍生化专利近年来持续快速增长，2013年以来涌现出了一批新技术，包括多烯酸及其酯单体的制备方法及其装置、脂肪酸或脂肪酸酯直接选择性加氢制备脂肪醇的方法等新技术，衍生物形式趋于多样化。

应用形式专利中出现的新技术涉及饲料、食品、药品等方面，出现了DHA藻油残渣等废弃物生产的生物饲料、儿童受试者的抗-反流营养组合物、含不饱和脂肪酸或多不饱和脂肪酸的碳酸饮料、DHA用于治疗老年痴呆的药物等新技术，产品形式逐渐多样化，DHA包埋技术不断得到优化，在食品、医药、保健品和饲料等领域的应用不断深入。

表2 DHA专利出现的新技术分析

续表2

技术流程时间涉及的技术和机构2015年以含微生物、酶、维生素等辅助医用或食疗成分为特征的巧克力食品(华南理工大学)利用酒厂或酿造厂的废液生产动物饲料(宿州瑞泰农业发展有限公司)以含氨基酸或其衍生物、酯或N酰化衍生物为特征的化妆品(巴斯夫公司)改性及衍生化2014年多烯酸及其酯单体的制备方法及其装置，采用无有机溶剂消耗的一次短程蒸馏法结合超临界二氧化碳流体色谱法制备多烯酸及其酯的单体。(国家海洋局第三海洋研究所)从鳕鱼骨中提取ω-3多不饱和脂肪酸及骨胶原蛋白和活性钙的方法(青岛金海源食品有限公司)2015年涉及一种脂肪酸或脂肪酸酯直接选择性加氢制备脂肪醇的方法，在氢气的气氛中，以脂肪酸或脂肪酸酯为原料，在溶剂中通过负载型催化剂催化选择性加氢过程，选择性转化得到对应的饱和脂肪醇(华东师范大学)包括离子盐化合物的新肽，用于治疗肥胖、心肌梗塞、关节炎、肠易激综合症、溃疡性结肠炎等(THETISPHARMLLC)应用形式2014年利用废弃物生产的生物饲料，包含DHA藻油残渣(青岛琅琊台集团股份有限公司)一种产富含DHA营养鸡蛋的鸡饲料(宿州瑞泰农业发展有限公司)用于儿童受试者的抗-反流营养组合物和涉及给予抗-反流组合物以促进健康生长和发育和减少胃食管反流(GER)的发生率的相应的方法(MJN美国控股有限责任公司)治疗老年痴呆的药物及其制备方法(贵州神奇药物研究院)2015年含中短链脂肪酸和长链多不饱和脂肪酸(广州市优百特饲料科技有限公司)促进棕色脂肪、能量消耗和脂质燃烧，改善糖的代谢和脂代谢的药剂(日本KAOCORP)用于治疗或与肥胖相关病症的预防有用的药物制剂，包括含有ω-3脂肪酸如DHA(PIVOTAL治疗公司)生产含有低级醇脂肪酸酯化产品组合物(KEWPIECORP)一种从藻油中提纯二十二碳六烯酸乙酯的方法(内蒙古金达威药业有限公司，厦门金达威集团股份有限公司)蜂胶提取物，例如胶囊(日本APIKK)用于治疗和缓解关节疼痛、骨关节炎和类风湿关节炎的症状的膳食补充剂组合物(美国NUTRA⁃CEUTICALSDBAVALENSAINTLLC)含不饱和脂肪酸或多不饱和脂肪酸的碳酸饮料(美国康威国际有限公司)用于治疗例如糖尿病型I和II、炎症、癌症等的药物或饮食组合物(德国APOTHEKEAMSCHLOSS⁃PLATZINHMARIOGANST)改善老年痴呆症的药物(日本KRACIEPHARM公司)能够发挥脑功能改善功能等各种生理功能的内服组合物(日本狮王株式会社)

技术的专利空白点是指该技术存在、但还没有申请专利或没有授权的技术。通过文献调研和专利分析，结合专家咨询，发现菌种选育、发酵培养、收集提取、改性及衍生化等方面存在技术空白点，如表3所示。虽然曾有申请专利涉及类似技术，但这些专利都因种种原因而未被授权。

表3 各技术流程的技术专利空白点

3 国内外机构在华的DHA专利技术布局和特点

近年来，国内外机构积极在我国申请DHA相关专利，进行技术布局。国外机构早在1996年就开始在我国申请相关专利，目前已覆盖藻油DHA生产的全链条和DHA的产品领域；国内企业DHA专利申请时间较晚且数量较少，整体上与国外主要机构还存在较大差距，主要集中于藻油DHA的生产技术和食品应用方面，仅在DHA产品专利上可能有一些优势，如表4所示。

由表4可知，在华申请DHA专利数量较多的国外企业有帝斯曼(35件)、马泰克(17件)、杜邦(19件)、雅培(19件)、雀巢(31件)、纽迪希亚(30件)、三得利(16件)等。帝斯曼在华申请的专利主要集中于含微胶囊的婴儿食物、素食微胶囊、食物产品用高稳定性多不饱和脂肪酸组合物、含多不饱和脂肪酸的植物油等领域；马泰克关注DHA在油产品中的应用，用于治疗痴呆相关病症的药物；杜邦公司专利主要集中于PUFA合成的关键酶及利用这些酶在含油酵母中制备长链多不饱和脂肪酸的方法。

国内企业主要集中于藻油DHA的生产技术和DHA在食品中的应用，如厦门金达威、南京工业大学的专利主要集中于DHA的发酵培养、提取技术；广东润科、嘉必优的专利主要集中于DHA油脂的制备；澳优乳业和蒙牛的专利主要集中于关注DHA在幼儿配方奶粉、液态奶中的应用。

表4 国内外主要机构的技术特点分析

4 结束语

本文通过对藻油DHA的整个生产链条的专利技术开展分析，梳理了DHA专利的申请趋势和技术领域分布，识别了技术发展动向和技术空白点，并剖析了国内外主要机构在华的技术布局，希望能为我国藻油DHA技术研发创新、市场开拓、专利申请与保护提供参考借鉴。

(1)积极开发和完善DHA生产工艺，重点加强DHA应用技术的研发。目前，我国机构专利主要集中于产品的应用形式、改性及衍生化方面，在DHA生产技术上专利较为分散、还不具有竞争优势。建议我国机构积极优化和完善微藻兼养、藻种混养、连续循环积累和提取、超临界流体色谱法、复合纯化等新技术，提高DHA产量的同时降低生产成本，并结合未来市场需求加大对DHA的包埋技术、抗氧化性技术、加工稳定性技术等应用技术的研发，抢占市场先机。

(2)抓住国外机构DHA专利技术布局的缺失和空白，加快国内市场的专利战略布局。国外企业虽积极在华申请专利，但在专利布局上仍存在缺陷和空白点，且很多专利因各种原因失效。建议我国机构抓住机会，合理利用专利空白点，汲取有价值的失效专利，加大技术研发和创新，在国内市场尽快进行专利布局。

(3)丰富产品形式，积极探索潜在的市场。目前，国内市场DHA产品种类还较少，且主要集中于奶制品和医药保健品。我国可以开发具有特色的、多样化的DHA产品类型，如饮料、果汁、面粉、保健酒、饼干、巧克力、面包、月饼等，开拓潜在市场。

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DevelopmentofalgaeoilDHAtechnologybasedonpatentanalysis

ZHOU Hong1，WEI Feng1，DENG Amei1，HOU XinXin1， NIU Zhenheng2，CUI Qiu2，SONG Xiaojin2

(1. Wuhan Library and Intelligence Center of Chinese Academy of Science, Wuhan 430071, China; 2. Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology of Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266000, Shandong, China)

As a new generation of health factor of functional food and medicine, algae oil DHA is becoming a hotpot of global research and industry. DHA patents were analyzed from the perspective of the whole process, including strain breeding, fermentation culture, collection and extraction, enrichment and purification, refining, modification and derivation. Technology trends and distribution of entire chain of algae oil DHA production were sorted out, and the technical development trends and gaps were identified. The results showed that DHA production technology development direction was to improve the purity, stability and output, and product forms were increasingly diverse and extended to daily consumer product. The technical characteristics of patents in China from main institutions at home and abroad were analyzed, and found that foreign patents in China had covered the full range of DHA production and products, while the domestic enterprise DHA patents applied late and less, and mainly concentrated in the algae oil DHA production technology and applications in food. Finally, some suggestions on process research and develpment, patent strategic layout and product forms were proposed.

algae oil; DHA; proprietary technology; patent analysis; strain breeding; DHA application

G306；Q936

A

1003-7969(2017)11-0001-07

2017-01-23;

2017-06-23

周 洪(1987)，男，助理研究员，硕士，主要从事标准和专利分析、计算情报研究工作(E-mail)zhouh@mail.whlib.ac.cn。

魏 凤，研究员(E-mail)weif@mail.whlib.ac.cn。