主粮化大背景下我国马铃薯产业专利分析及创新趋势研究

李彦军，张方剑，王 勇，蒲华寅，曹贵堂

（1.陕西科技大学食品与生物工程学院，陕西西安 710021；2.陕西农产品加工技术研究院，陕西西安 710021；3.西安万众食品有限公司，陕西 西安 710021）

马铃薯是目前我国最有发展前景的高产经济作物之一，也是仅次于水稻、玉米、小麦的第四大粮食作物[1]，同时也是十大热门营养健康食品之一。由于其高产稳产、适应性广、营养成分全和产业链长而受全世界的高度重视。马铃薯加工产品已成为全球经济贸易中的重要组成部分。我国于2015 年正式开启了马铃薯主粮化发展战略[2]。主粮化战略的提出为马铃薯加工业的发展带来了契机。基于马铃薯相关专利数据，采用数据分析和实证相结合的方法，通过专利数据透视马铃薯产业发展现状和创新趋势，探讨我国马铃薯加工技术领域专利保护发展对策，以期为相关技术研发决策提供支持，为马铃薯产业的创新发展提供有价值的竞争情报。

1 数据来源与方法

以马铃薯为检索对象，分别在Incopat 专利数据库、innojoy 专利搜索引擎、patsnap 全球专利数据库进行相关检索分析。检索日期2020 年5 月20 日，检索关键词“马铃薯”或“potato”，检索范围“中国”，时间范围“近10 年”。为充分展示马铃薯相关专利的全景信息，在分析我国马铃薯产业相关专利的同时，重点关注了近10 年与人们生活密切相关的马铃薯主食化方面的相关专利，以供相关人员了解马铃薯主粮化战略实施以来取得的成就及后续发展方向。

2 我国马铃薯加工产业专利基本情况分析

专利作为最新、最有生命力的技术创新的结晶，是衡量自主创新能力的一个可量化的重要维度[3]。专利数量统计可以从宏观上显示出专利技术在时间上的活跃度情况，微观上则可以显示出技术发展动向、企业专利布局动向和区域专利发展动向[4]，可用来评估一个产业的研发能力、发展走向，进而判断其发展趋势[5]。

2.1 我国马铃薯产业专利申请趋势

自2011 年以来，我国马铃薯产业发展快速，相关专利申请活跃，总体上呈快速增长趋势。2015 年正式开启了马铃薯主粮化发展战略、2016 年中央1 号文件提出“积极推进马铃薯主食开发”、农业部发布了关于推进马铃薯产业开发的指导意见，2017 年中央1 号文件指出“实施主食加工业提升行动，积极推进传统主食工业化、规模化生产，大力发展方便食品、休闲食品、速冻食品、马铃薯主食产品”。国务院发布《国民营养计划（2017—2030 年）》，指出要“继续推进马铃薯主食产品研发与消费引导，以传统大众型、地域特色型、休闲及功能型产品为重点，开展营养主食的示范引导”，为马铃薯加工产业发展指明新的发展方向[6]。国家马铃薯主粮化战略的实施，为马铃薯加工业的发展带来了新的契机[7]。

我国马铃薯产业专利申请趋势分析见图1。

图1 我国马铃薯产业专利申请趋势分析图

由图1 可以看出，我国马铃薯专利申请量逐年上升，2016 年随着国家马铃薯主粮化战略的提出，我国马铃薯专利的申请量达到峰值，这与国家政策的热度有关。2017 年、2018 年马铃薯专利申请量稍有下降，但基本维持在2 000 件/年左右，随着国家马铃薯主粮化战略稳步发展，我国马铃薯专利的申请将回归产业发展趋势稳步上升。

2.2 我国马铃薯产业专利申请技术分析

2.2.1 专利类型分析

我国马铃薯产业专利类型分布见图2。

图2 我国马铃薯产业专利类型分布图

由图2 可以看出，我国马铃薯产业专利技术申请发明专利申请占60.95%，实用新型占24.55%，外观设计6.34%，发明专利授权8.16%，申请主要以发明专利为主，马铃薯发明专利也不仅仅局限于食品饮食领域，以马铃薯为主的功能成分不断在医药、材料等领域增加。发明专利的比例在稳步提升，专利实用新型和外观设计相对较少，授权发明专利比例不大，对于外观设计而言，绝大部分的外观专利都是马铃薯外包装的不同形状、图案和色彩的相互结合，对购买者造成视觉购买力，但马铃薯外观设计专利的模式比较单一，相较而言，外观专利涉及的比例也在不断降低。综上所述，我国马铃薯产业的发展还处于技术上升阶段，创新的趋势及专利的重点主要集中在技术研发和创新方面，能直接反映产业发展现状及商品化水平的外观设计专利较少。

2.2.2 申请人分析

我国马铃薯产业专利当前申请（专利权）人排名见图3。

图3 我国马铃薯产业专利当前申请（专利权）人排名

对检索到的17 000 余件专利的申请人（专利权人）进行分析发现，我国马铃薯产业专利申请主要以企业为主，约占42.65%，其次为个人申报总量约占27.87%，大专院校15.55%，科研单位11.14%，最后为机关团体及其他。企业申请量占总量的50%，说明我国企业越来越重视知识产权的保护，专利保护对企业健康发展、保驾护航起到了至关重要的作用；个人申请也成为我国马铃薯专利申请一个不可忽视的力量；高校及研究院所作为科技创新的主体及前沿阵地，占据了我国申请人（专利权）人前十榜单（见图3）。中国农业科学院农产品加工研究所作为农业科研的国家队，在马铃薯加工、主食化领域申请专利近200 项高居榜首，为马铃薯主食产业的发展作出了突出贡献；其次为甘肃农业大学和西昌学院在服务地方经济、促进当地马铃薯优势产业发展的方面取得了很大的成绩，尤其在马铃薯种植、采收加工设备等方面拥有多项自主知识产权。

以我国马铃薯产业专利当前申请（专利权）人排名前五进行分析。

马铃薯产业专利申请（专利权）人分析见表1。

表1 马铃薯产业专利申请（专利权）人分析

我国马铃薯专利申请（专利权）人重点分布在中国农业科学院农产品加工研究所、西昌学院等。企业专利申请多以马铃薯全粉加工及马铃薯食品为主。由于鲜马铃薯保存困难，为延长其保存时间，一方面全粉加工是马铃薯长期保存并且不变质的主要生产工艺；另一方面马铃薯食品加工，专利主要涉及到面条、面包和饼干等生产制备制作工艺，实际操作性强，涉及的专业程度比较浅，贴近大众生活。大专院校、科研单位的马铃薯专利更多的是铺展的摊子更小，但涉及的范围更广，辐射的领域更宽，工艺更加成熟，应用到食品、化工、材料、和医疗卫生等领域。例如，文赟等人[8]发明了利用马铃薯淀粉渣制备高黏度羧甲基纤维素钠的方法，应用到化工领域。刘卯成等人[9]发明了用于超级电容器电极材料的马铃薯基多孔碳材料制备方法，应用到材料领域。田亚平等人[10]发明了一种马铃薯天冬氨酸蛋白酶抑制剂的制备方法，应用到医药领域，还包含马铃薯种植和采收设备、全粉加工、营养饮食产品、白酒发酵工艺、用于微生物培养的培养基制备等方面。

2.2.3 地域分析

我国马铃薯产业专利申请地域分布见图4。

图4 我国马铃薯产业专利申请地域分布

由图4 可以看出，申请马铃薯专利较多的省份集中在西北、西南和东北地区。安徽虽处于我国马铃薯生成中原二作区，种植面积及单产均不及北方一作区，但是近年来，安徽积极响应国家政策，优化产业结构，不断出台相关政策、规划，为全省马铃薯主粮化的推广制定了详细的规划，成绩较为突出[11]，而且再加上适宜的栽培季节、栽培模式、种植方法和机械化程度高，使得2016 年安徽马铃薯产业取得较快的发展[12]。在政府的扶植下建立的创新服务平台、技术研发基地、科技创新成果转化等基地，培养了一大批科研技术人才，为马铃薯产业发展攻克了一些核心问题、基础问题和共性问题，提高了产业的核心竞争力[13]。在我国马铃薯领域申请专利较多，能检索到的有2 431 件，这与当地产业政策和发展密不可分；其次是山东和江苏，山东凭借着政策支持、技术发展、产业转型和数字资产等机遇[14]，不断完善产业结构，并结合数字化转型升级提供马铃薯大数据，为马铃薯产业健康发展提供了保障，间接为马铃薯专利的增长提供动力。另外，广西、甘肃、重庆申报次数均超过了500 件。事实上，这些申报专利较多的地区和省份不仅与我国马铃薯主产区高度吻合，而且也与近年来马铃薯主粮化的进程密切相关。因此，从专利计量分析研究角度侧面亦可反映国内马铃薯产业布局情况。

2.2.4 技术构成分析

我国马铃薯产业专利申请技术构成分布见图5。

图5 我国马铃薯产业专利申请技术构成分布

分析技术分支占比可以帮助了解当前马铃薯专利申请的创新热度。将检索到的专利按照IPC 分类进行整理，并对其高频词汇进行检索分析，绘制我国马铃薯产业专利申请构成领域分布图。由图5 可以看出，我国马铃薯专利的申请主要集中在A23（其他类不包括的食品或食料；及其处理）、A01（焙烤；食用面团）、A21（农业；林业；畜牧业；打猎；诱捕；捕鱼）3 类技术分支，通俗讲就是马铃薯的加工、种植和机械设备领域，这与我国马铃薯产业的发展现状及国民经济发展密切相关。首先，马铃薯的种植面积广，2017 年全国种植576.5 hm2，产量达到9 914.7 t[15]，质量好的马铃薯保存时间在45 d 左右，保存时间较短，如何将马铃薯快速收获、加工得以保存或者消费显得尤为重要；其次，大面积马铃薯种植、收获仅仅依靠人工的方式还不能满足现代化收割需求，大量的机械化填补人工市场，机械设备缩短了种植、收获和加工的时间，减少劳动人员，这是一个必然的趋势，因此马铃薯的加工、种植相关的机械设备占据我国马铃薯产业专利申请构成领域也是产业发展的需要。

2.2.5 法律及运营状态分析

专利的法律状态在侵权诉讼、产品引进出口、技术转让、新产品开发等方面都有重要作用。通过分析当前法律状态的分布情况，可以了解分析目标中专利的权利状态及失效原因，以作为专利价值或管理能力评估、风险分析、技术引进或专利运营等决策行动的参考依据。

我国马铃薯产业专利当前法律状态见图6。

图6 我国马铃薯产业专利当前法律状态

由图6 可以看出，近10 年我国马铃薯专利获授权保护的占总量26.33%，其中处于实质审查阶段的专利22.21%，权利终止20.08%，因创造性、新颖性等问题撤回19.9%，驳回7.24%等。

我国马铃薯产业专利转让及许可趋势见图7。

图7 我国马铃薯产业专利转让及许可趋势

专利权转移和实施许可是反映专利价值的一个重要维度，通过绘制近10 年各年度专利权利发生转移和实施许可的专利数量变化趋势，可以了解不同时期内技术合作、转化、应用和推广的趋势，反映技术的运营和实施热度。据统计，2015 年之前，我国马铃薯产业的专利转让相对较少，不足50 件，2015 年以后马铃薯领域专利转让大幅度上升，并且法律状态变更主要以专利权转让为主，且处于逐年上升的态势，可以说马铃薯产业专利交易较活跃，马铃薯产业转让专利以实用性强、适用性广、解决问题能力强、使用方便为主，主要以马铃薯的种植、收获和加工方面的专利转让为主，涉及马铃薯的育种、播种、收获、清洗和切片等发明专利；其次是马铃薯全粉加工工艺和马铃薯食品制备等专利，多为发明专利。到2019 年专利转让数目达到191 件，而且这个数量的趋势还在逐年提高，这也侧面地反映了我国马铃薯主粮化战略正处于稳步上升期。

2.3 我国马铃薯产业专利申请技术热点分析

我国马铃薯产业专利申请创新词云见图8。

图8 我国马铃薯产业专利申请创新词云

近年来，随着马铃薯主粮化战略的深入，越来越多的研究者和消费者对马铃薯加工产品产生兴趣[16]，马铃薯加工业也有了较为快速的发展，产品类型更加多样化，国家马铃薯主食化技术研发团队和企业科研院所相继开发出了符合我国消费习惯和口味偏好的马铃薯主食产品包括马铃薯馒头、马铃薯面条、地方特色制品和休闲食品达300 多种[17-18]，马铃薯主食产品开发的专利申报非常活跃。通过对最近申请的马铃薯技术领域5 000 条专利中最常见的关键词的提取，构建创新词云，了解当前该技术领域最热门的研究动向。由图8 可以看出，高频热门关键词集中在“制备方法”“种红薯”“制作方法”“马铃薯种植”“清洗装置”“收割机”几个方面，其中有关马铃薯领域“制备方法”的专利高达784 项，“种红薯”的专利821 项，申请活动较为活跃的申请人中国农科院农产品加工所和西昌学院主要集中在“马铃薯全粉”“制备方法”领域，甘肃农业大学集中在“马铃薯种植”“马铃薯收获机”领域，青岛农业大学在“马铃薯收获机”研究方面优势明显，而云南农业大学主要集中于“马铃薯种植”，而有关“硒元素”“表达载体”“实生种子”方面研究相对较少。

2.4 我国马铃薯产业专利申报在世界范围内的现状

2.4.1 我国马铃薯专利核心技术数目全球分布

马铃薯专利核心技术申请数目见图9。

图9 马铃薯专利核心技术申请数目

在主粮化大背景下，我国马铃薯产业专利技术不断催生新的生命力，申请数量迅速增长[19]。从图9可以看出，排名靠前的国家或地区为中国、日本、欧盟和美国，其中中国专利核心技术申请数目达到2 725 件，占比超过81.2%。中国马铃薯专利之所以能够在近10 年内有如此骄人的成果，和2015 年马铃薯主粮化发展战略，2016 年中央1 号文件、2017 年中央1 号文件马铃薯产业开发，国务院发布《国民营养计划（2017—2030 年）》等相关政策有着密切的关系，国家一系列方针政策鼓励人们去关注、消费马铃薯产品，拉动生产需求，调整人们营养膳食结构[20]，催生马铃薯专利数量迅速的增长，使得我国在国际社会中遥遥领先。

2.4.2 我国马铃薯专利核心技术分类分布

马铃薯核心技术全球分布及分类见图10。

图10 马铃薯核心技术全球分布及分类

近年来，马铃薯专利技术主要集中分布在薯类的加工、处理过程及设备，如薯类的加工设备、食品生产设备等和薯类食品制备；其次是马铃薯经过烘、烤和炸的制备处理过程及设备，如薯片的制备方法和生产线。马铃薯制备、处理过程和专用设备制造排在首位，涉及到马铃薯的种植、收获、切片、食品生产等机械过程，一方面由于科技创新普及程度不断增长，机械化程度增高，减少人工方面消耗的时间，提高时间利用；另一方面马铃薯不耐贮藏[21]，为延长保存时间，一般是直接加工处理，处理过程涉及到加工设备和具体的产品生产工艺。

3 结语

结合当前主粮化背景的专利数据分析，专利数量连年攀升，专利的申请活跃，涉及到食品、医药、化工、材料、机械等领域，更多地应用在日常生活中，根据以上研究分析，可以得到以下结论：

3.1 我国是马铃薯产业发展的主力军

马铃薯作为高产的农作物，无论从食用价值、药用价值和应用价值上都预示着产业的蓬勃发展。在主粮化的背景下，国家政策的支持，农民种植的积极性空前高涨，作为高产作物，产量达1 500～2 000 kg/ 亩，比水稻、小麦和玉米的产量要高得多，而且是我国水稻、小麦和玉米后的第四大主粮作物。从马铃薯的食用价值上看，马铃薯淀粉含量占比为10%～22%，蛋白质含量占比为1.5%～2.3%，还含有维生素和微量元素等，具有丰富的营养价值[22]。针对其药用价值，从专利的反馈来看，更多的是作为一种辅料，与其他主体材料达到降血糖、抑菌、杀菌等目的。针对其应用价值来看，其涉及的领域更加宽泛，从专利的反馈来看，近年来应用马铃薯材料中的功能成分作为目标材料、功效成分的原料或基料。马铃薯的高产值、高营养和高应用，预示着马铃薯产业发展的不竭动力，再加上连年的产业种植面积的不断扩大，以马铃薯为主体的基础产业不断为人们带来创收的红利，成为我国产业发展的主力军。

3.2 马铃薯产品的蓬勃发展

我国马铃薯年产量在1 亿t 以上[23]，作为马铃薯种植、消费大国，马铃薯的无论是种植热度还是消费热度一直很高，马铃薯食品系列的专利转让数目位于马铃薯育种、收获、切片和全粉加工之后的第5 位，针对马铃薯产量及其相关专利可以看出，个人和企业注重的是专利实际的应用，如方便便捷程度、可操作性、盈利的程度等因素，高校和研究院所注重的是研究专利带来的技术和价值，通过产业需求开展联合合作。例如，安徽马铃薯产业技术创新战略联盟，以安徽丰絮农业科技有限公司与安徽农业大学、合肥学院等科研单位、高校进行产业联合的方式进行合作，进行马铃薯产业需求的开发，将实际的应用价值和科研技术价值紧紧结合在一起，使其作为专利的孵化机器，促进专利数目的增长。产业联合的方式一方面促进马铃薯产业的开发；另一方面提高食品生产的便捷程度和提高附加值。以马铃薯食品为例，针对全国消费者马铃薯食品的发展主要包括3 个部分：大众普通型、地域特色型、休闲功能型产品。大众普通型产品，适合普通大众的一般性口味，如馒头、面条、饼干、面包等；地域特色型产品，体现地域美食特色，展现地域风情，更多的是体现当地的风土文化饮食，如汤圆、粘豆包、锅盔、发酵酸奶等；马铃薯休闲功能型产品，迎合不同年龄、满足不同人的口味，如薯片、沙琪玛等。马铃薯产品无论从种类上还是从饮食结构上，都实现了从餐厅到客厅的多元发展。

3.3 马铃薯专利的数量稳步增加

国家主粮化战略提出后，马铃薯一度成为研究热点，再加上国家大方向上政策支持、地方上专项扶持、机械技术的更新、大数据分析和农民种植的积极性，使得2016 年专利申请数量达到2 701 件，授权总量最多达552 件，其中发明专利申请425 件，发明专利授权63 件，实用新型专利64 件，为历年总量最高峰。近年来，马铃薯相关专利申请数量逐年波动，但依然维持在2 000 件/年以上，说明主粮化大背景下马铃薯产业的科创中心和研发走向重点依然在维持，专利走向趋势依旧在波动性增长。

对马铃薯主粮化大背景下我国马铃薯产业专利分析及创新趋势研究的建议如下：

（1）加强专利保护。大量的专利反映的是当前马铃薯领域现状和创新的能力[24]，国家整体都在提倡创新，创新引领发展，带来马铃薯发展的不竭动力，所以在专利迅速增长的基础上，要加强专利保护意识，专利保护是在保护一种创意的思维、创新的积极性，使专利保护成为专利增长的温床，催化专利数量的增长，带动马铃薯相关产业的蓬勃发展。

（2）增强专利的创新。作为马铃薯生产和消费大国，马铃薯专利数目高居榜首，其中马铃薯外观设计专利占比6.34%，绝大部分的外观专利都是马铃薯外包装的不同形状、图案和色彩的结合，形式比较的单一，创新程度比较局限；针对马铃薯保存时间短，通过制备成全粉的加工提高保存时间来说，我国马铃薯全粉颜色的洁白程度、颗粒的大小均匀程度、刺激性气味的多少、糊化时的温度和加工后蛋白质的含量等方面与发达国家相比还有很大的差距，主要还是体现在创新能力不足[25-30]。通过加强创新，突破制约马铃薯专利及其产品中存在的技术瓶颈，提高工艺的成熟度，减少发展差距。

（3）提高专利的转让。专利转让是体现专利价值的一个重要衡量标准，对于马铃薯专利的数量来说，在世界上中国的专利数量高居榜首，专利的基数大，仅仅是一些表面上的文章，实用性却很低，甚至没有用武之地[31-35]。2010—2015 年马铃薯相关专利从500 件/年迅速增长到2 000 件/年，而专利转让不足50 件/ 年，2015 年马铃薯主粮化战略的开启，马铃薯专利的数量开始迅速增长，涉及的领域、辐射的范围更广，专利转让的数量更多，对2019 年而言，马铃薯专利转让数量达到191 件，关于马铃薯相关的专利数量达到2 300 件以上，专利转化率尚不足8.30%，且专利转让的以马铃薯种植、收获、清洗、切块和加工为主，而相对数目最多的食品系列的马铃薯专利，在专利转让中所占的数目尚不足8%，提高专利转让的任务任重道远。