基于专利文献计量的我国植物盐研究现状分析

黄晓强，田长彦，蒋 磊，宫江平，荆卫民

（1.中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室，新疆乌鲁木齐830011；2.中国科学院大学，北京100049；3.武警黄金第八支队，新疆乌鲁木齐830057；4.克拉玛依瑞利康源园林工程有限责任公司，新疆克拉玛依834099）

据不完全统计，全世界盐碱地面积约9.913×107hm2，其中现代盐渍化土壤面积约3.693×107hm2，残余盐渍化土壤约4.487×107hm2，潜在盐渍化土壤为1.733×107hm2，且土地盐渍化速度大约以每年1.5～2.0×107hm2增长，中国约有2.0×107hm2盐碱荒地和6.7×107hm2盐渍化土壤［1-4］。盐碱地面积广阔，是潜在的耕地资源，生长在盐碱地上的盐生植物十分丰富。世界上已知的盐生植物有1560多种［5］，中国盐生植物大约有502种，共分为71科218属［6］，藜科（Chenopodiaceae）、禾本科（Gramineae）、菊科（Asteraceae）和豆科（Leguminosae sp.）占中国盐生植物种类总数的46.8%［7］。盐生植物资源已广泛应用于饲料、食品、药品原料等行业，比如将盐地碱蓬［Suaedasalsa（L.）Pall.］和海蓬子（Salicorniaherba⁃ceaL.）作为食用蔬菜和油料作物，利用碱蓬制作钾盐［8-9］。另一方面，盐生植物在促淤造陆、保护堤岸、改良盐渍土、改善和保护生态环境方面扮演着重要角色，充分体现了盐生植物经济价值的潜力和保护生态的作用［10］。用盐生植物制取植物盐是发挥盐生植物经济价值的另一体现，植物盐是以植物为原材料制取含有丰富矿物质具有保健功能的新型食用盐［11］。植物盐来源于天然植物，包含多种矿物元素，同时又含有植物中的生物活性成分和有机营养物质，比传统食用盐的活性成分更加丰富多样，更具有营养价值。但是目前有关植物盐的研究论文数量较少，并且主要集中在植物盐的提取工艺及其优化方法方面，而植物盐研究成果多以专利的形式发表。

专利作为重要的科技信息来源，它包含了最新的科技发明、创造与设计，其中80%科技信息未被其他媒体报道过［12］。专利的内容规范，代表性强，数据获取相对容易，这些特点也有助于计量研究［13］。研究植物盐提取工艺的专利数量较多，却没有对植物盐提取工艺做过总结，如果能将已有的植物盐提取工艺进行梳理归纳，了解植物盐提取工艺现状，就可以给未来的研究者提供参考意见。另一方面，计量研究在多学科中都有应用，研究方法也相对成熟，因此本综述选取2021年6月30日前收录在中国知网（China nation‑al knowledge internet，CNKI）上的植物盐专利作为研究对象，从专利的发文量、专利发明人、专利申请人、专利主题方面分析植物盐研究领域的整体情况，绘制主题分析网络，并根据主题的聚类关系阅读相关的专利，进一步归纳植物盐研究领域的内容，以期为后续研究提供参考和借鉴，推动植物盐研究领域的发展以及加深盐生植物资源的利用程度。

1 材料与方法

1.1 数据来源

在确定数据来源之前，在各文献数据库进行预检索，了解大致的文献来源与组成情况之后，再选择有代表性的数据进行分析。分别在CNKI、Web of Science核心合集、德文特专利数据库（Derwent inno‑vations index，DII）以及欧洲专利局（European patent office，EPO）上试检索与植物盐有关的文献。检索结果如图1所示，无论是中文文献还是英文文献，专利的数量都远超过期刊论文或者学位论文的数量。因此，选择专利作为本研究的数据来源。

图1 植物盐的文献检索结果Fig.1 The literature search results for plant salts

将专利的公开申请号作为筛选重复专利的依据，除去相同的专利之后，CNKI还有24篇专利，DII有10篇专利，EPO有11篇专利。最终选择在CNKI上，设置高级检索条件为：专利名称=植物盐NOT专利名称=盐胁迫NOT专利名称=盐碱胁迫NOT专利名称=基因NOT专利名称=盐害（模糊匹配），选取2021年6月30日之前的专利，得到与植物盐相关的中国专利238篇。

1.2 数据处理

用BibExcel提取238篇专利中的发表时间、发明人、申请人和题名信息，其中的专利题名信息需要使用Python进行分词、去停用词、合并同义词等操作，之后用Microsoft Excel 2019手工删除无效信息、合并、添加同类意义的词汇，减少冗余信息对数据分析造成的干扰。处理后的数据用Pajek、UNINET、Net‑Draw和VOSviewer绘制发明人合作网络图谱以及主题分析网络图谱，其他图使用Origin 2021进行绘制。

2 结果与分析

2.1 专利的发文量分析

从文献发表数量的角度分析，可以反映该领域的发展变化过程，但由于专利发表从初审到公布前有18个月的滞后期，因此近两年公布的数据并不完整，仅供参考［14-15］。在中国知网上搜集到有关植物盐的中国专利一共有238篇，专利发表数量的年际变化情况如图2所示，总体呈现先增加后减少的趋势。在2007～2014年期间，我国植物盐发展处于起步阶段，有关植物盐专利的发表数量仅为个位数，发展较为缓慢。2015～2016年，植物盐专利的发表数量增长迅速，两年一共发表174篇专利，占据总数的73.11%，说明植物盐的发展受到重视，有大量的研究学者和企业等机构投入植物盐相关领域的研发中。2017年至今，植物盐专利发表的数量减少，趋势趋于平缓，数量维持在20篇上下，近两年的专利还未完全公布，有待完善。

图2 植物盐中国专利的年度分布Fig.2 The annual issuance of Chinese patents for plant salts

2.2 专利发明人分析

在238篇专利中，总共有104位发明人，其中212篇专利只有一位发明人，占总数的89.08%。这说明我国植物盐专利的发明主要依靠个人，且占据主导地位，合作研究的情况较少。从表1可以看出，独立发明人主要有王胜、董玉坤、武改莲，其中王胜参与发表的专利有188篇，占总数的78.99%，远高于其他发明人的专利数量，对植物盐研究领域的贡献最多。

表1 植物盐中国专利的主要发明人Table 1 The principal inventor of the Chinese patent for plant salts

我国植物盐的研究近5年发展速度较快，正处于发展期，前期探索阶段主要依靠个人研究，因此独立发明人的数量较多，科研交流活动较少。2019年开始，以合作发表的专利为主，独立发明人发表的专利只有4篇，占比28.57%，可以看出发明人合作的趋势渐显。分析26篇合作专利的发明人，得到发明人合作图谱，结果如图3所示。多数团队仅合作过一次，合作超过1次的只有4个团队，他们分别是：李泓胜、许建强和罗凡华；马烨、袁增辉、李冬冬和赵婌君；潘秀云、陈学德和周继东；张华新和倪建伟。团队合作的规模以及合作深度都有待加强。

图3 植物盐中国专利发明人合作网络Fig.3 The inventors collaboration network for plant salt China patents

2.3 专利申请人分析

根据专利申请人不同的性质，可分为个人、企业、研究机构、高校、政府等类型［16］。从表2可以看出，植物盐中国专利的申请人主要类型是个人和公司，说明公司是植物盐研究领域的主要投资者与生产者。其中，专利申请人王胜和其所在的潍坊友容实业有限公司、山东胜景旅游发展有限公司、山东胜伟盐碱地科技有限公司是植物盐研究领域的主要研发机构，累计发表的专利高达188篇，占比78.99%，其研究团队的成员还包括李炳文、曹林波和毛庆莲。山东阳春羊奶乳业有限公司是另一主要申请人，其发明者是董玉坤，申请人主要从事植物盐应用研究，将植物盐作为饲料添加剂投入羊饲料中。

表2 植物盐中国专利的主要申请人Table 2 The major applicants for Chinese patents on plant salts

2.4 专利主题分析

在CNKI中国知网搜集的专利不同于学术期刊与学位论文，专利没有高度概括文献内容与主旨的关键词，因此不能进行关键词分析，只能通过语义识别、人工处理等方式对专利的题目进行分词，最后对分词结果做聚类分析，可视化结果用作植物盐专利的主题分析，结果如图4所示。从图4可以看出，植物盐中国专利的主题网络有7个聚类，分别是：盐碱地、盐生植物、设备、工艺、成分、功效和应用。这7个聚类也从侧面体现了植物盐中国专利的研究侧重点，有些专利侧重于植物盐的提取工艺研究，有些研究则偏向植物盐的成分、功效和应用等。为了全方面系统地了解植物盐研究领域的内容，依据图4的聚类关系网络，从以下6个方面分析植物盐中国专利的主题：

图4 植物盐中国专利的主题聚类分析网络Fig.4 The topic clustering analysis network of Chinese patents for plant salts

2.4.1 除盐碱地金属离子

依据图4中盐碱地的网络关系，阅读相关的专利，发现这些专利主要是采用不同的种植方式来吸附盐碱地中的金属离子，从而减少金属离子在盐生植物体内的含量，进而提高了植物盐品质。从盐碱地土壤环境、种植方式和效果三个方面对相关专利进行归纳，结果如表3所示。选择表3中不同的植物与盐地碱蓬进行间种，采用与之对应的间种比例和种植密度，结果表明，原土壤中的金属离子含量都显著降低，吸附效果显著，解决了植物盐某些金属离子含量过高的问题。这些金属离子大多数是重金属离子，包括砷、铅、镍、镉、铬、汞、铬，除此之外，还有金属离子锌、铜、锰。

表3 盐地碱蓬的不同种植方式对金属离子的吸附效果Table 3 The adsorption of metal ionsby different planting methods of saline alkali ponies

2.4.2 提取植物盐的原材料

盐生植物是提取植物盐的主要原材料。在图4中与原料相连最大的点是盐地碱蓬，说明在植物盐的研发领域中，盐地碱蓬是最常用于提取植物盐的原料，使用的频率最高。在搜集的专利数据中，除了盐地碱蓬，海芦笋或者叫盐角草、白刺（Nitrariasi⁃biricaPall.）（白刺鲜叶、白刺干叶）、冰花（MesembryanthemumcrystallinumL.）以 及 杜 氏 盐 藻（Du⁃naliellasalina）都可用于提取植物盐。除了采用盐生植物提取植物盐，还可以用海盐或者食盐替代盐生植物，然后在海盐或者食盐里添加具有营养成分的植物提取物制得植物盐。

2.4.3 提取植物盐的设备

植物盐提取工艺大致可分为几个步骤：原材料种植→采集原材料→清洗、干燥→粉碎/破壁→浸提/萃取→过滤/回收→结晶/干燥→成盐→质量检测。依据图4中与设备有关的关系网络，阅读相关的专利，按上述提取工艺的步骤整理归纳，总结现阶段已有的提取植物盐设备及其作用，结果如表4所示。从表4可以看出，与“粉碎/破壁”、“浸提/萃取”、“过滤/回收”研究内容有关的专利设备较多，相关的专利数量都有4个，在未来可以继续深入研究，而与“清洗、干燥”、“结晶/干燥”和“成盐”有关的研究专利相对较少，相关的专利数量都是2个，有待后续研究的完善。

表4 提取植物盐的设备及其作用Table 4 The equipment for extracting plant salts and its functions

2.4.4 提取植物盐的工艺

从图4中与工艺有关的聚类结果看出，探索不同的植物盐提取方法是植物盐研究领域的另一重点。提取植物盐工艺的主要步骤如图5所示，植物盐相对简单的制取方法有：将洗净的海芦笋漂烫后捣碎，然后过滤固液混合物，滤液经过真空冷冻干燥后取得植物盐［17］；将盐生植物在电炉上进行多次炭化处理后，再经过盐酸溶液溶解、过滤、洗涤沉淀等步骤制取植物盐［18］；另一种制取方法是将海盐与其他植物提取物充分混合后提取植物盐，例如把虾青素、松花粉、大青叶提取物、鼓槌石斛等植物的提取物与海盐混合后再提取植物盐［19-22］。

图5 提取植物盐工艺的主要步骤Fig.5 The main steps in the process of extracting plant salts

当植物盐提取过程中需要脱色、除重金属、结晶时，经常借助物理、化学、生物等技术方法进行。去除植物的有色色素，可以使用絮凝脱色工艺，其脱色率可达80%～98%［23］；采用活性炭脱色工艺制备的植物盐白度值介于64%～78%［24］；硅藻土脱色的植物盐白度为63%～78%［25］；采用生物方法α～酸性糖蛋白絮凝剂进行脱色，其白度为65%～77%［26］，与活性炭脱色工艺、硅藻土脱色工艺的效果相当。去除植物盐的重金属，除了表3所展示的间种方法，还可以采用各种物理、生物方法，如表5所示。结果表明，使用生物技术是去除植物盐重金属的主要方法。结晶是植物盐从液体转变成固体的最后一步，可以采用冷却、预热浓缩、离心喷雾烘干燥、减压浓缩、风干、层析蒸发等结晶方式制取植物盐［27-31］，目的是为了排除液体中的水分，尽可能使植物盐物质不流失功能不变性。

表5 去除植物盐重金属的技术方法Table 5 The technical method of removing heavy metals from plant salts

2.4.5 植物盐的营养成分与功效

植物盐中不同的营养成分具有不同的功效，根据成分与功效的聚类关系网络，将植物盐的营养成分与功效按不同种类的植物盐划分，结果如图6-7所示：盐地碱蓬植物盐具有低钠、高黄铜、高氨基酸、高微量元素等特点；碱性盐地碱蓬植物盐的功效较多，比如盐地碱蓬和白芷、猴头菇、羊栖菜等植物提取物混合制取的植物盐分别具有抑菌、降血压和抗氧化的作用，盐地碱蓬和玉米须提取物混合制得植物盐同样具有抑菌作用，与玄参提取物复配制得的盐地碱蓬植物盐具有降血压的功效。此外，还有助消化、护肝、降低乳酸等一系列成分复杂、功能多样的盐地碱蓬植物盐，这些额外添加的植物提取物使得盐地碱蓬植物盐的功能更加丰富多样。

图6 部分盐地碱蓬植物盐的主要成分与功效Fig.6 The main components and effects of some saline alkalipong plant salts

海芦笋植物盐具有低钠、低脂、高黄铜、高皂苷、铜镁含量低等特点。把海盐和食盐与其他植物提取物混合制取植物盐，可以让植物盐含有其他植物提取的营养成分。例如，将高硒西兰花提取物或者富硒的水果、蔬菜等植物提取物与食盐充分混合制取富含有机硒植物盐；将海盐分别与盐藻、丹参、薄荷、灰树花多糖提取物混合制得的植物盐具有抗氧化作用，与虾青素、大青叶、松花粉等植物盐提取物制取的植物盐可以降低胆固醇。

2.4.6 植物盐的应用

从图4中应用的聚类网络关系可以看出，植物盐在饲料添加剂中的应用较广。董玉坤、杨习丽等将植物盐作为饲料添加剂分别添加到羊羔、幼龄山羊、奶山羊、公山羊、母山羊的饲料中［32-35］，为不同品种、不同生长阶段的羊提供特定的饲料；王胜将白刺植物盐和盐地碱蓬植物盐与主饲料混合，提高饲料中的钙、镁、锌、铁等微量元素的含量，进而提高肉质品质［36］；洗护产品是植物盐另一方面的应用，已经开发的产品有碱蓬香皂、碱蓬沐浴用植物盐、含盐角草植物盐的精油皂和洗面奶、含有植物盐的面膜［37-41］；除此之外，植物盐还作为食品添加剂出现在白茶食品、低钠酱油、风味辣椒酱、油茶饮料、保健粉的制作中，将植物盐作为食用盐使用；陈罗君等使用的茶叶化肥中含有植物盐，这种茶叶化肥可为茶树提供生长所需养分，具有良好的土壤修复能力［42］。

图7 其他植物盐的主要成分与功效Fig.7 The main components and effects of other plant salts

3 讨论与结论

本文基于专利文献计量分析了2021年6月30日前被中国知网收录的植物盐中国专利数据，发现专利的发文量整体呈现先增加后减少并趋于平缓的趋势，2015年的专利数量大幅增长。进一步研究，其原因除了人们对食用盐品质的要求越来越高之外，可能还与当年原盐产量减少有关［43］，市场需求促使企业等机构积极研发更符合健康需求的新型食用盐，进而推动了植物盐的发展，体现在专利发表数量的爆发式增长。一直到2017年，我国开始盐业改革，再加上原盐生产有关的两碱产量开始提升，使得原盐产能增加［43］，导致企业等机构对植物盐的研发热度有所缓和，此后植物盐专利发表数量开始减缓。从植物盐中国专利发表数量的变化趋势可以看出，植物盐研究领域受市场需要影响较大，当原盐产量减少时，市场对植物盐的需求就开始增加，这也说明了市场可以接受不同品种的盐。当人们对健康的需求越来越明显时，采用盐生植物提取的植物盐的优势将越来越明显，植物盐有巨大的潜在市场，这也是盐生植物资源重要性在植物盐领域的体现。加强植物盐产品的研发力度，可以提前抢占国内植物盐市场乃至国际市场的份额。

植物盐的研发和生产与市场需求联系紧密，因此参与投资和研究的群体主要是公司，参与研究的科研院所与高校等机构相对较少：专利申请人分析结果表明专利申请人王胜和其所在公司申请的专利数量占总数的78.99%，其次是山东阳春羊奶乳业有限公司。专利发明人有从个人研究转向合作研究发展的趋势：2018年之后发表的专利里，大多数发明人存在合作关系，同一篇专利的发明人个数开始增加，而在此之前的发明人通常只有一位。科学领域发展的趋势倾向于合作成果发表的比例上升和研究队伍的规模扩大，且多位作者合作的研究成果影响力一般高于单独作者［44］。因此，植物盐领域的研究人员未来可以增加合作交流的频次，不限于专利发明人之间交流，也可以是申请人之间的合作，建立公司与公司、公司与企业、研究机构或者高校合作模式，扩大植物盐领域的研究队伍，有利于提升植物盐领域的影响力。

分析了植物盐专利的主题，发现提取植物盐的思路主要有三种形式：盐生植物植物盐；功效型植物提取物+盐生植物；功效型植物提取物+海盐/食盐。只使用盐生植物制取植物盐的营养成分相对固定，为了制备具有特定营养物质或者功能性的植物盐，常与其他植物的提取物复配后再制取植物盐。以这类研究思路制取的植物盐占多数，后两种形式就是采用复配的思路提取植物盐，制取的植物盐含有复配植物特有的提取物质，让植物盐具备了不同的功效和作用。同样的，也可以根据植物盐需要的功效，寻找合适的植物提取物与盐生植物或者海盐和食用盐进行复配，然后再制取植物盐。

提取植物盐的过程经常需要借助各种物理、化学、生物等技术进行脱色、除重金属和结晶。除去植物盐中的某些金属离子，一是可以考虑采用间种的方式吸附土壤中的金属离子，从源头减少原材料体内金属离子含量，二是在制盐过程中采用曝气法、生物吸附剂、微生物脱重金属等物理和生物方法除去重金属，这种方法常见于上述的第三种制取植物盐思路，主要是除去海盐中的重金属离子。不同的结晶方式会影响植物盐的感官，对比真空冷冻干燥、喷雾干燥、真空干燥、热风干燥制取的碱蓬植物盐，结果真空冷冻干燥的植物盐复水性最好，品质最佳，而热风干燥的效果最差［45］。常用于提取植物盐的盐生植物有盐地碱蓬、海芦笋、盐角草、白刺（白刺鲜叶、白刺干叶）等，还可选择其他合适的盐生植物作为原料，比如梭梭（Haloxylonammoden⁃dronBge.），其嫩枝含盐量高达14%～17%［46］，也是潜在的植物盐提取原料，拓宽了原料的选择范围，也是加深盐生植物资源的利用程度。

开发具有不同功效的植物盐可以满足不同的市场需求，使植物盐更具有市场竞争力，为提取植物盐发明创造的机械设备也是植物盐领域的研究范畴，研究机械设备不仅可以提高植物盐的提取效率，而且有利于植物盐工业化生产的建设。已有的专利设备主要集中在“粉碎/破壁”、“浸提/萃取”、“过滤/回收”三个部分，未来还有待加强的是“清洗、干燥”、“结晶/干燥”和“成盐”三个方面。另一方面，依据植物盐的可食用性，植物盐已应用于食品行业或者饲料行业；根据植物盐的不同功效，植物盐已应用在各种洗护产品上，植物盐未来的应用场景还可以在食品、饲用、日化用品等其他领域继续深耕挖掘，根据植物盐的优势从不同方向开发利用，加深盐生植物资源在植物盐以及其它相关领域的应用。

文章的研究对象是2021年6月30日前收录于中国知网的中国专利数据，因此研究的结论更适用于国内，但是因为专利公开有18个月的延迟期，致使近两年的专利数据不完整，所以近两年的研究情况仅供参考。