基于专利文献的食醋专利可视化分析

张祥龙，权冰艳，王知松，白晓丽，夏梦雷，王 敏

（天津科技大学 生物工程学院 食品营养与安全国家重点实验室 工业发酵微生物教育部重点实验室天津市微生物代谢与发酵过程控制技术工程中心，天津 300457）

食醋是一种含有醋酸呈现酸味口感的调味品和食品[1-2]。在世界范围内，食醋或以酒精为直接原料，或以含糖基质（如谷物、水果、蜂蜜、乳清）为原料，通过微生物发酵酿造而成。根据醋酸发酵状态的不同，主要分为固态和液态发酵食醋[3-4]。作为一个多元的复杂体系，食醋成分包含了从有机到无机、从聚合物到颗粒物、从大分子到小分子、从常量到痕量成分的多种营养物质[5-10]。基于食醋的多种物质组成，其除了作为酸味调味品，研究表明食醋还具有多种保健功能，如抗氧化[11-12]、降血脂[13]、降血压[14]、提高免疫[15]、解酒护肝[16]等。

随着对食醋研究的深入，以及人们对食醋消费需求的多样化，食醋新品及其衍生产品不断涌现，食醋行业的科技创新也在不断加强。作为科技创新的记录形式之一，专利信息反映了一个行业的技术创新动态和水平[17-18]。世界知识产权组织的统计表明，世界上每年发明创造成果的90%～95%可以在专利文献中查到（专利信息包括文献型和非文献型信息），而且80%左右的发明成果仅通过专利文献公开[19]。

专利信息作为一种反映科技发展及其变化轨迹的重要情报，其价值在日益突显，已成为技术创新活动中宝贵的知识和战略资源[20-21]。而目前关于食醋领域专利分析的资料较少，本文旨在以专利文献为基础，对当前世界范围内食醋相关专利进行可视化分析，以期反映食醋领域内科技创新的现状和进展、热点与趋势，并为食醋领域相关研究提供参考。

1 数据来源与处理方法

1.1 数据来源

智慧芽（PatSnap）是一款全球专利检索数据库（https：//www.zhihuiya.com/），其整合了从1790年至今的全球116个国家的1.4亿专利，更新速度快，与国家知识产权局的专利公报数据更新保持同步，能够提供全面的专利检索[22-23]。故在本研究中，选择智慧芽数据库作为食醋专利数据来源。检索范围和检索策略如表1所示。通过检索，共检索到9 780条相关专利（检索时间：2020年10月8日）。根据简单法律状态将全部检索专利分为失效专利（共计5 560条）和非失效专利（共计4 220条）。因为失效专利对所涉及的技术的使用不再有约束力，任何单位或个人可以无偿地使用[24]，故本研究只对非失效专利进行分析来反应食醋科技创新领域的相关情况。

表1 智慧芽数据库中食醋专利检索范围和检索策略Table 1 Retrieval scope and strategy of vinegar patents in PatSnap database

1.2 分析方法

通过智慧芽在线分析平台（https：//analytics.zhihuiya.com/）对相关专利进行统计和可视化分析。

2 结果与分析

2.1 食醋专利概况

2.1.1 专利类型

对食醋领域现存的非失效专利（共计4 220条）按照专利类型进行分类，结果显示发明专利和实用新型专利分别为3 656条和564条。发明专利是食醋领域内主要的专利类型（86.64%），而实用新型专利也占到一定的比例（13.36%）。

2.1.2 食醋专利申请趋势

对4 220条非失效专利进行申请趋势分析。最早的一篇专利是名为“Processandmeansforproducingrefinedsugartable syrup or vinegar from sugar cane juice and other saccharine matter”，申请年在1936年的印度发明专利（公开号：IN023381B）。从申请趋势上来看，食醋领域内专利的申请大致可分为四个阶段：①在1936年至2000年的60多年时间里食醋领域的年度申请专利很少，均在7条以下；②直到2001年，食醋领域专利申请量开始达到20条以上，并且直到2009年呈现稳定增长趋势，年度平均申请量在44条；③从2010年到2017年，食醋领域内专利申请呈现快速增长趋势，每年的申请量均在100条以上，年度平均申请量高达304件；④2018年食醋专利申请量达到最大，共计791件，在之后的两年内申请量急剧下降。2001～2020年间，中国以及世界专利申请总量和食醋领域专利申请趋势如图1a及图1b所示。

图1 世界专利及食醋领域专利申请趋势（2001-2020）Fig.1 Trend of patent applications worldwide and in the vinegar field(2001-2020)

自2009年金融危机后，我国成为食醋领域专利申请的主要国家（年申请占比＞50%）。我国作为食醋领域的知识产权强国，直接影响着世界食醋专利申请的总趋势。2012年世界食醋专利申请总量与我国食醋专利申请总量保持同样的下降趋势。这可能是因为当年中共中央、国务院发布了《关于深化科技体制改革加快国家创新体系建设的意见》，指引我国由专利申请大国向保证质量的专利强国的转变[26]。2019年我国食醋专利申请总量占世界食醋专利申请总量的91.1%。2019年世界食醋专利申请总量与同年中国食醋专利申请总量，以及同年世界专利申请总量与中国专利申请总量均呈现相同的下降趋势，其主要原因可能是我国实行了旨在优化申请结构和提高申请质量的整体监管转型[27]。截止数据检索时，2020年食醋专利申请量仅为35条，这可能是2020年未完全参与统计，另外则可能是由于2019年12月以来整个食醋行业受COVID-2019影响的结果。整体来看，食醋领域专利申请主要集中在近20年的时间段内（2001-2020），这表明在最近的20年时间内，食醋科技创新领域取得了快速的发展。

2.1.3 专利技术生命周期

技术生命周期是一种以周期变化为特征的技术变革模式，是产业分析、技术预测的主要内容。随着时间的发展，技术创新在不同阶段具有不同的特质[28-29]。总体上，技术生命周期主要经过萌芽期、成长期、成熟期、衰退期和复苏期五个发展阶段[30]。利用专利申请量与申请人数量随时间的推移变化来分析当前食醋技术领域生命周期所处阶段（见图2）。结合食醋专利申请趋势（见图1），可以看到从1936～2005年，食醋领域专利申请人和专利申请量均较少，此时食醋领域技术生命周期处于萌芽期。此阶段，食醋专利以发明专利为主（100%），主要为原理性的基础专利，参与研发的企业数量较少。从2006～2017年，食醋领域专利申请量及专利申请人数量急剧上升，食醋领域技术生命周期进入成长期。在此阶段，基本发明纵向和横向发展，实用新型专利逐渐出现（5.90%），技术有了突破性进展，市场扩大，进入企业开始增多。从2017～2018年，食醋领域技术生命周期进入成熟期。此时，由于市场有限，进入的企业开始趋缓，食醋领域技术趋于成熟，专利数量虽有增加，但增长速度变慢，申请人数基本维持不变。2019年以来，我国为提高专利质量开展了专利监管转型，直接导致了世界食醋专利申请量的减少（2.1.2）。此外，全球范围内新冠病毒的流行，也使得近一年内全球食醋领域专利申请量和申请人数量出现大幅下降。这在食醋领域技术生命周期图上呈现出衰退趋势（见图2）。然而对于食醋领域技术生命周期是否真正进入衰退期需要今后的长期观察。

图2 食醋领域非失效专利技术生命周期（1936-2020）Fig.2 Technology life cycle of non invalid vinegar patents (1936-2020)

2.2 专利申请人及地域分布

2.2.1 专利申请人区域排名

对专利申请人所在区域进行分析，排名前10的国家如图3所示。在世界范围内，中国是目前在食醋领域申请专利最多的国家，共计3147条，占比77.41%。其次是韩国和日本，专利申请量分别为655条（16.15%）和113条（2.79%）。亚洲三国（中国、韩国、日本）的专利申请量位居前三，专利申请量共占96.35%。

图3 当前食醋领域专利申请人所在区域排名前10的国家Fig.3 Top 10 countries in the region of the patent applicants in the field of vinegar

2.2.2 目标市场国/地区排名

对目前食醋领域现存的非失效专利进行目标市场国/地区分布分析，进而从一定程度上反映目标市场的受关注程度，结果如表2所示。中国是最重要的技术目标市场国，占比高达78.36%，其次是韩国，占比达到11.17%。结合专利五局（中国知识产权局、美国专利商标局、欧洲专利局、日本特许厅、韩国特许厅）专利流向分布分析（图4），可以看到中国、韩国是食醋专利的主要技术来源国，而两国专利布局主要集中在本国内。这也表明，两国内专利技术竞争相对激烈，在此两国市场布局专利较为困难。日本除在本国内进行专利布局之外，在中国、美国和欧洲均有专利布局。韩国在我国和日本均有专利布局。

图4 食醋领域专利五局专利流向分布Fig.4 Territory distribution of vinegar patents in the world's top 5 intellectual property offices

表2 食醋领域专利技术目标市场国/地区分布Table 2 Potential targeted market country/region distribution of patents in the field of vinegar

2.2.3 国内专利申请地域分布

对我国各省的食醋专利申请量进行分析，专利申请量排名前十的省份如图5所示。江苏省是申请食醋专利最多的省份（391条），其次是山西省（306条）、安徽省（295条）和广东省（248条）。这可能与各省存在着诸多的食醋企业和从事食醋研究的科研单位有关。其中山西省是拥有实用新型专利最多的省份（72条），其次是福建省（65条）、江苏省（45条）、河南省（42条）和山东省（33条）。

图5 国内食醋专利申请量排名前十的省份Fig.5 Top 10 provinces in vinegar patent applications in China

2.2.4 主要申请人及地域分布

对全球范围内食醋领域专利主要申请人进行分析，排名前十的申请人信息如图6所示。排名前十的申请人专利申请量共计428件，总占比10.14%。其中企业占7家，高校3家，其中国内企业和高校数量分别为5家和3家，说明企业是食醋领域专利申请的主体，企业的创新意识和知识产权保护意识在不断加强，同时也说明国内企业和高校在食醋专利申请上位于主要地位。进入排名前十的两家国外企业分别是日本的株式会社中埜酢店和荷兰的普拉克生化公司。排名前十的申请人申请的专利类型以发明专利为主，共计371件，实用新型专利共计57件。江苏恒顺醋业股份有限公司发明和实用新型专利申请量分别为79和11件，位居专利申请总量第一位。排名其后的各申请单位专利申请量在30～45件之间，但差异不大。

图6 食醋领域排名前10的专利申请人Fig.6 Top 10 patent applicants in vinegar patent applications

对排名前十的专利申请人专利布局情况进行分析，结果见图7。从图7可知，除了江苏恒顺醋业股份有限公司拥有4件国际专利外，其他国内企业和高校主要将专利布局到本国国内。排名前十的两家国外企业（株式会社中埜酢店和普拉克生化公司）在全球诸多国家均有专利布局。

图7 食醋领域排名前10的专利申请人专利布局Fig.7 Patent geographic distribution of top 10 patent applicants in vinegar patent applications

对实用新型专利当前的申请人进行分析，排名前十的见图8。

图8 排名前10的实用新型专利申请人Fig.8 Top 10 patent applicants in vinegar utility model patent applications

在全球范围内，实用新型专利申请排名前十的申请人均来自中国，且均为企业，这表明我国是目前世界上在食醋领域实用新型专利申请的主要国家，企业是此类专利申请的主体。排名前十的申请人平均实用新型专利申请量为13件，福建省永春金春酿造有限公司实用新型专利申请量共计27件位居第一位。

2.3 重点专利

根据分析目的的不同，重点专利有着不同的定义，并且根据衡量指标的不同又分为内部和外部衡量指标。被引用最多的专利被认为已广泛应用和借鉴，这些专利更具影响力，并代表着该技术领域的核心创新技术[31]。在本研究中，仅通过专利被引情况（重点专利内部衡量指标之一）分别对食醋领域发明和实用新型专利进行分析。排名前10的发明和实用新型重点专利如表3和表4所示。

表3 发明专利中排名前10的重点专利Table 3 Top 10 key invention patents in vinegar patent applications

表4 实用新型专利中排名前10的重点专利Table 4 Top 10 key utility model patents in vinegar patent applications

从表中可以看到，排名前十的重点发明专利技术创新主要集中在（果）醋饮料和新型食醋/保健醋的制作方法上；排名前十的重点实用新型专利技术创新主要集中在固态/液态食醋发酵设备和食醋储藏和陈酿设备上。

2.4 技术主题分析

国际专利分类（international patent classification，IPC）提供了一种由独立于语言的符号构成的等级体系，用于按所属不同技术领域对专利进行分类[32]。分别对当前食醋领域发明和实用新型专利按照IPC分类进行统计分析。食醋领域发明专利分布在IPC的7个部，45个大类；实用新型专利分布在IPC的8个部，42个大类（数据未展示）。其中，排名前10的发明和实用新型专利IPC分类分别见表5和表6。由表5和表6可知，食醋领域发明专利排名前十的主题主要包括两个大类C12（醋、微生物学）和A23（其他类不包含的食品或食料；及其处理）；排名前10的实用新型专利主题主要包括C12（醋、微生物学）、B01（一般的物理或化学的方法或装置）、B67（开启或封闭瓶子、罐或类似的容器；液体的贮运）、A47（家庭用的物品或设备）和F26（干燥）五个大类。

表5 食醋领域国际专利分类排名Table 5 Ranking of international patent classification of vinegar invention patents

表6 食醋领域实用新型国际专利分类排名Table 6 Ranking of international patent classification of vinegar utility model patents

通过提取技术领域专利中最常见的关键词生成词云图（字体越大，专利数越多），结合3D专利地图（地图中坡度越大，颜色越白，表示专利越多），分别对食醋领域发明专利和实用新型专利主要技术主题进行进一步分析，结果分别见图9和图10。

图9 食醋领域发明专利主题分布Fig.9 Theme distribution of vinegar invention patents

图10 食醋领域实用新型专利主题分布Fig.10 Theme distribution of vinegar utility model patents

对于发明专利来说，从词云统计图（图9a）中可以看到，拥有较多专利数的主题包括：生产方法、制造（作）方法、醋酸发酵、（果）醋饮料、发酵醋、保健醋、醋酸菌等。对食醋领域的发明专利生成3D专利地图（图9b），聚类结果（地图中的每种颜色代表1个聚类）表明食醋领域发明专利主题主要包括10个领域（每个领域标签通过提取专利关键词生成）。其中，专利最多的领域标签为固态/液态/细菌/醋酸/保健醋。对于实用新型专利，从词云统计图（图10a）中可以看到，发酵罐、新型结构、搅拌装置、发酵装置、醋发酵等是主要的主题。3D专利地图（图10b）表明食醋领域实用新型专利主要包括6个领域，专利最多的领域标签为淋醋/发酵罐/固态/酿醋/混合。

基于以上分析，对食醋领域专利技术主题逻辑模型进行构建，结果见图11。食醋领域发明专利技术主题主要可概括为：果醋饮料、新型食醋/保健食醋、食醋生产工艺、菌种等；实用新型专利技术主题主要可概括为：发酵装置、智能控制系统（装置）、物料（过程）处理装置、存储（陈酿）设备、包装设备等。

图11 食醋领域专利技术主题逻辑模型图Fig.11 Logic model of related themes of vinegar patents

3 结语与展望

基于专利文献，该文对食醋领域专利进行了可视化分析。当前食醋领域专利以发明专利为主（86.64%）；中国企业发明和实用新型专利申请量均位居世界前列；江苏恒顺醋业股份有限公司和福建省永春金春酿造有限公司分别是拥有发明和实用新型专利最多的两家企业；中国、韩国和日本是当前食醋领域专利技术的主要目标市场国和技术来源国。食醋领域专利申请整体上主要集中在近二十年时间（2001-2020）内，且自2018年以来，食醋领域专利申请人数量和专利申请量呈现出回落趋势。食醋领域发明专利技术主题主要以食醋发酵菌种、产品及其生产工艺为主；实用新型专利技术主题主要以发酵、物料处理、系统控制和储藏、包装设备等为主。结合食醋领域相关文献的知识结构和研究趋势分析，可以推断未来食醋技术创新领域发展趋势主要包括以下几点：①选育优良微生物作为发酵菌种；②通过改善生产工艺提高食醋品质；③开发更多的具有保健功能的食醋新品；④开发智能化、一体化的发酵或过程监测和控制设备。

本研究仅对食醋领域相关非失效专利进行了可视化分析，未对失效专利（56.13%）进行剖析挖掘。然而，失效专利因其具有的实用性以及没有因法律状态改变的存在价值，具有重大的利用价值。今后可以对食醋领域失效专利进行深入剖析，并加以利用，以促进食醋领域技术创新的快速发展。