人造肉领域国际创新发展态势分析*

李东巧 谢华玲 杨艳萍**， 王文月 张 辉

（1.中国科学院文献情报中心，北京100190；2.中国农村技术开发中心，北京100045）

近年来，在粮食安全、可持续发展等多重因素的影响下，全球肉类食品体系面临肉类消费需求持续增加［1］、饲养家畜引发环境负担过重［2，3］、肉类食品安全［4］和动物福利问题逐渐突出等若干问题，因此，寻找新的肉类替代品成为食品体系转型的一个关键环节。在此背景下，人造肉逐渐走进更多人的视野，并被《麻省理工科技评论》评选为2019年十大突破性技术之一［5］。世界经济论坛［6，7］、兰德公司［8］等国际组织和智库机构纷纷探讨人造肉的未来发展及影响，美国［9，10］、欧盟［11］等国家和地区也启动相关战略部署，大力推动人造肉领域的发展。

从来源的角度来看，人造肉主要包括植物蛋白肉、细胞培养肉和其他肉类替代品。植物蛋白肉是指利用植物蛋白与其他植物性成分，通过合成、加工而形成的具有鲜肉味道和营养价值的植物肉［12］；细胞培养肉是指在特定的培养条件下，在培养基中利用肌细胞、脂肪细胞等动物细胞培养出的动物肉［13］；其他肉类替代品是指除了植物蛋白肉和细胞培养肉以外的肉类替代品，包括以真菌、乳蛋白、鸡蛋蛋白、鱼蛋白、昆虫蛋白和其他新型蛋白质培养的人造肉产品。

近年来，人造肉产业发展不断取得突破性进展。在植物蛋白肉领域，美国Beyond Meat和Impossible Foods两家公司取得了里程碑式突破。2016年，Beyond Meat推出全球首款外观、味觉和真正的牛肉几乎没有差别的素肉汉堡。2018年，美国食品药品监督管理局（Food and Drug Administration，FDA）认证 Impossible Foods公司大豆血红素蛋白（血红素）的食用安全性。2019年4月，Impossible Foods与汉堡王合作推出添加血红素的人造肉汉堡。而我国也早已存在素肉、面筋等传统植物蛋白肉，其主要由蘑菇、大豆蛋白、小麦面筋以及豆类等组成［14］。在细胞培养肉领域，荷兰科学家Mark Post于2011年培育出长约2.5 cm、宽约1 cm、薄得近乎透明的肉片，这也是全球首次成功培育出人造肉。2013年，Mark Post将约10000片肉片堆在一起，造出了全球第一块细胞培养肉饼［15］。2016年，美国食品技术公司Memphis Meats研制出了全球首个人造牛肉丸和人造鸡肉。2018年12月，以色列研究团队宣布在实验室中培育出人造牛排。2019年3月，日本东京大学和日清食品控股公司通过人工培育牛肌肉细胞成功制成约1立方厘米的人造牛排。目前，中国人造肉产业也迈入新的征途。2019年11月，南京农业大学周光宏团队使用第六代猪肌肉干细胞生产出重达5克的人造培养肉，这是国内首例由动物干细胞扩增培养而成的人造肉［16］。

总体而言，人造肉是改善居民食物结构、缓解环境与社会问题的有效途径，也是未来发展的一个重要趋势。本文从论文和专利的角度出发，对人造肉领域的发展趋势、主要国家、主要机构、研究热点、高被引论文、重要专利和当前存在的问题等进行分析，力求能全面系统地反映人造肉领域的现状，以期为我国人造肉领域的研发和相关产业的发展提供参考。

1 数据来源与分析方法

本文分别以Web of Science数据库和IncoPat专利数据库为论文和专利的数据来源，以人造肉、植物蛋白肉、细胞培养肉等关键词为检索词，采用布尔逻辑检索的方式编写检索式，检索时间为2020年3月。经人工剔除和领域专家判读，共遴选出人造肉领域相关论文496篇、相关专利824项。

数据下载后，利用 Derwent Data Analyzer、UCINET、Derwent Innovation、Innography、IncoPat等工具进行计量分析。具体检索式如表1所示。

表1 人造肉领域相关检索式Tab.1 Related Retrieval Formulas in the Field of Artificial Meat

2 年度趋势分析

根据人造肉领域论文和专利数量的年度分布趋势，人造肉领域技术发展大致划分为三个阶段（图1）。

图1 人造肉领域年度趋势分析Fig.1 Annual Trend in the Field of Artificial Meat

1）萌芽期（1915—1964年）

1915年到1964年期间，人造肉领域的研究成果较少，属于萌芽期。早期人造肉的方案主要是以脱脂蛋白粉为原料，将其加水、经酸碱处理、切丝、粘合成型，制成具有咀嚼感的蛋白肉，但是这种制造工艺成本较高、营养损失率高、口感也较差。

2）缓慢增长期（1965—2012年）

1965年到2012年期间，人造肉领域的研究成果呈现波动增长趋势，年度发文量从1篇增长至14篇，年度专利数量从4项增长至22项，属于缓慢增长期。植物蛋白肉领域的研究内容主要涉及产品制作过程中各原料的配比和类型，以及加工过程中温度、压力和横切面控制等；细胞培养肉领域的研究内容主要涉及将肌肉细胞、干细胞等在营养液中进行体外培养，诱导细胞向三维结构生长。此外，还涉及了利用粘合剂、着色剂、香精等方法从外观和味道上对人造肉进行改造的相关研究。

3）快速增长期（2013—2020年）

2013年，荷兰科学家向全世界展示了第一块人造肉汉堡，从此引发全球对人造肉的极大关注和讨论，人造肉领域的研究成果也呈现快速增长趋势。在此期间，如何更好地改善人造肉的营养、外观和口感成为研究人员主要的研究方向。其中，植物蛋白肉领域的研究内容主要涉及通过添加不同的蛋白质来源，如添加花生蛋白、玉米蛋白、火麻仁蛋白等，丰富人造肉的营养；细胞培养肉领域的研究内容主要涉及培养骨骼肌细胞、肌肉干细胞、间充质干细胞等，以及利用3D打印技术等制作培养肉等。此外，还涉及了添加大豆血红蛋白（血红素）、甜菜提取物等色素添加剂，以及植物萃取的肉味香精和椰香素肉等调味料，提高人造肉的外观和口感（由于专利申请到专利公开有18个月的滞后期，因此，数据还不全的年份用虚线表示）。

3 主要国家分析

3.1 主要发文国家

美国发表的人造肉论文量最多，为112篇；其中，植物蛋白肉和细胞培养肉的论文量均排在全球首位，分别为66篇和44篇，均远高于处于第二位的荷兰。中国共发表人造肉相关论文27篇，发文总量排在全球第五位；其中植物蛋白肉和细胞培养肉的论文量依次为18篇和9篇，与美国的论文量差距较大。除英国和澳大利亚更关注细胞培养肉的相关研究外，其余国家植物蛋白肉的论文量高于细胞培养肉的论文量（图2）。

图2 人造肉领域TOP 10论文发表国家分布Fig.2 TOP 10 Countries of Papers in the Field of Artificial Meat

3.2 主要专利申请人所属国家/受理国家

从专利申请人所属国家来看，美国和中国的专利申请量遥遥领先，分别为270项和268项，属于第一梯队；日本的专利申请量为143项，属于第二梯队；瑞士、韩国、英国等其他国家的专利申请数量均在25项以下（含25项），属于第三梯队（图3）。

图3 人造肉领域主要专利申请人所属国家分析Fig.3 Major Patent Application Countries in the Field of Artificial Meat

从专利技术受理国家来看，中国、美国、日本、韩国和加拿大是该领域受关注度较高的国家。其中，中国的专利受理数量位居全球首位（312项），是最受关注的国家；其次是美国，其专利受理数量为187项；日本位列第三位，其专利受理数量为111项（图4）。

图4 人造肉领域主要专利受理国家分析Fig.4 Major Patent Publication Countries in the Field of Artificial Meat

4 主要机构分析

4.1 主要发文机构

人造肉相关的研究机构以科研院所和高校为主，发文量在6篇以上的机构共有12家。其中，来自德国的机构有3家，荷兰和美国的机构各有2家，来自瑞士、中国、法国、比利时和新西兰的机构各有一家。其中，荷兰瓦赫宁根大学及研究中心的发文量位居全球首位（37篇），其次为美国密苏里大学（13篇）；中国农业科学院以8篇的发文量排在全球第六位（图5）。其中，荷兰瓦赫宁根大学及研究中心、美国密苏里大学、中国农业科学院、德国卡尔斯鲁厄理工学院和美国罗马琳达大学等机构主要从事植物蛋白肉相关研究；荷兰马斯特里赫特大学、法国国家农业科学研究院等机构主要从事细胞培养肉相关研究。

图5 人造肉领域TOP 12论文发表机构分析Fig.5 TOP 12 Organizations of Papers in the Field of Artificial Meat

4.2 主要专利申请机构

美国多个机构的专利申请数量均较多，除排名第一的Impossible Foods公司（55项）外，卡夫食品公司（Kraft Foods Inc.）、2012年并购舒莱公司（SOLAE LLC）的陶氏杜邦公司（Dow Du Pont）、Beyond Meat公司和世界第六大食品公司——通用磨坊食品公司（General Mills Inc.）的专利申请数量均进入全球前十位。从近三年的专利占比来看，Impossible Foods公司的专利申请最为活跃，说明该公司非常重视在该领域的研究。我国贵州省贝真食业有限公司（贵州）、佛山市聚成生化技术研发有限公司（广东）和财团法人食品工业发展研究所（台湾）的专利申请数量分别为36项、17项和9项，均进入全球前十位（表2）。

表2 人造肉领域TOP 10专利申请机构分析Tab.2 TOP 10 Organizations of Patent in the Field of Artificial Meat

从专利的平均被引频次来看，美国卡夫食品公司的平均被引频次最高，为15.8；通用磨坊食品公司的平均被引频次位列第二位，为8.7；Beyond Meat公司和Impossible Foods公司的平均被引频次分别为1.9和1.5。中国机构专利的平均被引频次均在1.5以下，相关专利的影响力还有待加强（图6）。

图6 人造肉领域TOP 10专利申请机构论文平均被引频次分析Fig.6 Average Citated Frequency of TOP 10 Organizations of Papers in the Field of Artificial Meat

5 研究主题分析

人造肉技术领域的主要研究热点集中在原料来源、加工设备、辅料与理化特性等方面。其中，原料来源主要包括大豆蛋白、豌豆蛋白、花生蛋白、小麦蛋白等植物蛋白，以及鸡源肌细胞、羊源肌细胞、鼠源肌细胞等动物细胞；加工设备包括双螺杆植物蛋白加工设备、植物蛋白挤出机等；辅料与理化特性包括添加半胱氨酸、天冬氨酸等食品添加剂改善食品味道，以及改善植物纤维优化食品的外观等。通过中美相关研究布局对比来看，中美两国在人造肉的专利研发内容各有侧重。其中，中国的研究主要集中在植物蛋白肉和加工设备等方面；美国则主要集中在人造肉外观质地和细胞培养基等方面的研究（图7）。

图7 人造肉领域专利研究主题分布Fig.7 Research Topic in The Field of Artificial Meat

6 重要专利分析

专利强度（Patent Strength）是Innography平台独创的专利评价指标，可对现有专利进行潜在价值评分。评分依据来自于专利引证、诉讼数量、权利要求数及长度、审查时间等十余项指标。本研究重点分析人造肉领域专利强度在前二十二位的专利。

其中，美国是该领域重要专利的主要来源国家，数量为17项；其次为中国和瑞士，数量均为2项；最后是墨西哥，数量为1项。从当前法律状态来看，美国的授权专利数量最多，为11项，包括Impossible Foods公司申请的关于影响食品风味和香气分布的方法和组合物的相关专利（US9011949B2、US9808029B2、US9943096B2、US20150366233A1、US9826772B2、US20190008192A1、US10039306B2、US20170342132A1），密苏里大学申请的利用非人肌细胞的多细胞体制作人造肉的相关专利（CN103747693B），以及Beyond Meet公司申请的关于营养密集型肉类结构蛋白产品的方法和工艺制作的相关专利（US20170105438A1、US9526267B2）。此外，中国申请的2项重要专利均有授权，分别为大山合集团有限公司申请的关于香菇素肉松制作方法的相关专利（CN1826969B），以及祖名豆制品股份有限公司申请的关于大豆组织蛋白素肉松制作方法的相关专利（CN103704463B）（表3）。

表3 人造肉领域专利TOP 22专利强度分析Tab.3 TOP 22 Patent Strength in the Field of Artificial Meat

7 产业发展现状

当前，人造肉领域的相关企业主要包括植物蛋白肉巨头 Beyond Meat、Impossible Foods，以及细胞培养肉的领先研发公司Memphis Meats等，以及Mosa Meat、JUST和Good Catch等新兴企业，产品涵盖牛肉、猪肉、家禽甚至是海鲜等领域。此外，泰森食品、雀巢、星巴克和嘉吉等传统食品巨头也纷纷进入该行业。其中，2019年4月2日，汉堡王与Impossible Foods公司宣布合作，在圣路易斯地区的59家汉堡王餐厅销售“植物肉”汉堡。2020年1月21日，星巴克宣布计划开发植物人造肉产品，并将其纳入2030年的长期计划中。该消息引起植物人造肉公司Beyond Meat股价再次大涨。

近年来，人造肉企业也不断受到比尔盖茨、泰森食品、淡马锡等众多投资者的关注。受资助的植物蛋白肉公司主要包括美国的BeyondMeat和Impossible Foods公司、以色列的ChickP公司、中国的Starfield星期零和Right Treat公司、芬兰的Gold＆Green公司、荷兰的Ojah和The Vegetarian Butcher公司、新西兰的Sunfed Meats公司等。受资助的细胞培养肉公司主要包括以色列的Aleph Farms、Future Meat Technologies、SuperMeat公司；美国的 Finless Foods、JUST、Memphis Meats和Wild Type公司；英国的Higher Steaks公司；日本的Integriculture公司；荷兰的 Mosa Meat公司［17］（表4）。

表4 新兴的人造肉公司Tab.4 Emerging Artificial Meat Company

8 总结与展望

近年来，人造肉领域的科研产出规模不断扩大。美国在人造肉领域处于全球领先地位，专利申请数量和重要专利数量均位居全球首位；中国专利申请数量位居全球第二位，但是重要专利数量较少。人造肉领域的发文机构以科研院所和高校为主，荷兰瓦赫宁根大学及研究中心的发文量位居全球首位；美国多个机构的专利数量均较多，除排名第一位的Impossible Foods公司外，卡夫食品公司、2012年并购舒莱公司的陶氏杜邦公司、Beyond Meat公司和通用磨坊食品公司的专利数量均进入全球前十位。未来我国应当对在人造肉市场化发展走在前列的机构给予政策支持和资金扶持，加大机构自身的研发投入，提升机构的核心竞争力，加速人造肉的产业化进程。此外，还应当扩大人造肉领域的技术转移需求，打通技术转移从需求、评估到转移转化的全链条，加强科技成果的转移转化，为人造肉领域的发展提供强劲动力。

当前人造肉领域的主要研究热点集中在原料来源、加工设备、辅料与理化特性等方面。其中，原料来源主要包括大豆蛋白、豌豆蛋白等植物蛋白，以及鸡源肌细胞、羊源肌细胞等动物细胞；加工设备包括双螺杆植物蛋白加工设备、植物蛋白挤出机等；辅料与理化特性包括添加半胱氨酸、天冬氨酸等食品添加剂改善食品味道，以及改善植物纤维优化食品的外观等。此外，科研人员还研发出一批植物蛋白肉和细胞培养肉产品，但是与传统肉相比，无论是植物蛋白肉的风味和营养，还是细胞培养肉的扩大培养都存在一定差距，因此，如何更好地改善人造肉的营养、外观和口感也成为研究人员主要的研究方向。为了尽快弥补短板，我国应当针对人造肉研发的关键技术难题加大研发投入，鼓励开展科学创新研究，推进人造肉的研发进程，同时加强国际交流与合作，鼓励和支持研究人员到国际一流大学和研究机构进修学习，加强对国外先进技术的引进，扩大创新能力开放合作，促进和推进协同创新。