基于文献和专利分析非葡萄酒类果酒技术领域发展现状

陈莹,张志勇,余垚,周峻岗*,吕红

1(国家知识产权局专利审查协作北京中心,北京,100070)2(复旦大学 生命科学学院 遗传工程国家重点实验室,上海,200438)3(复旦大学 上海工业菌株工程技术研究中心,上海,200438)

当前酒类消费呈多样性分化,健康饮酒、理性饮酒成为新消费理念。非葡萄酒类果酒的生产与消费发展迅速,如苹果酒、蓝莓酒、桑葚酒、山楂酒、李子酒、火龙果酒等[1-3]。苹果酒是仅次于葡萄酒的第二大类果酒,在欧美国家已经形成一定的产业化规模[4-5]。相较于国外果酒(如日本的梅子酒、英国和法国的苹果酒、以色列的石榴酒等)的行业与产业化发展,我国果酒整体行业的发展起步较晚,工艺技术及装备相对落后,但经过近20年的发展,果酒已被列入国家健康酒类发展的重点,中国酒业协会果露酒专业委员会在酒业“十五”计划及2015年规划中明确提出:重点发展水果发酵酒和水果蒸馏酒,利用水果蒸馏酒逐步取代一部分粮食白酒;加强水果蒸馏酒生产技术与装备的建设,提高蒸馏酒产品的质量。酒类企业在水果发酵酒的研究较多,积极推进低度酒市场,市场需求量有逐步扩增的趋势[6]。中国果酒市场前景调查报告指出,我国果酒市场上非葡萄酒果酒总体呈现逐步上升的趋势[7]。

文献与专利分析可以更好地探寻非葡萄酒类果酒领域的技术研究现状及未来发展趋势。文献分析法是通过对文献的调研,快速了解该领域国内外研究现状及成果,从而及时掌握该领域研究动态和发展前沿。专利信息是针对某一技术领域的专利数量和时间分布对专利内容进行分析,可以反映某一技术的发展现状和趋势。正确理解专利技术未来发展趋势,可帮助政府和企业制定研发策略,抓住发展机会[8]。本文综合运用了文献和专利的可视化工具,从Web of Science数据库和incoPat专利平台选取2000—2021年的文献和专利进行综合分析。以期为我国非葡萄酒类果酒酿造技术的发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 数据库检索

文献数据源选择Web of Science数据库,专利数据源选择incoPat专利检索平台,时间检索跨度从2000—2021年。文献检索的检索词为cider、apple wine、cherry wine、blueberry wine、pomegranate wine、orange wine、pear wine、peach wine、citrus wine。专利检索的方法是选取中英文关键词:苹果酒/cider/apple wine、桑葚酒/mulberry wine、蓝莓酒/blueberry wine、梨酒/pear wine、猕猴桃酒/kiwi fruit wine、杨梅酒/waxberry wine、橙子酒/柑橘酒/orange wine/citrus wine、山楂酒/hawthorn wine、樱桃酒/cherry wine、石榴酒/pomegranate wine,组配酒类发酵的专利分类号C12G。

截至2022年10月31日,共检索到522篇文献,其中514篇研究论文,8篇综述;以及2 680件专利申请,属于2 018个专利家族。

1.2 科学文献内容分析

使用CiteSpace(5.8.R3)对文献进行分析,识别并显示非葡萄酒类果酒技术领域科学发展的新趋势和新动态[9]。将Web of Science检索到的文献导出为纯文本格式,利用CiteSpace删除重复文献,然后通过时间分片(time slicing)、节点类型(node type)和选择标准(selection criteria)对关键词和参考文献分别进行可视化分析。

1.3 专利内容分析

采用incoPat专利数据库的“筛选关键词”“高级分析”等模块进行专利统计和分析,导出的专利数据用Microsoft Excel软件进行可视化分析。

2 结果与分析

2.1 非葡萄酒类果酒技术领域科技文献可视化分析

2.1.1 文献发表量分析

在Web of Science数据库检索了自2000年以来不同原料果酒的文献年发表量。共检索除葡萄外8种水果原料,包括苹果、樱桃、蓝莓、石榴、橙子、梨、桃和柑橘。由图1可知,非葡萄酒类果酒的年文献发表量在2000—2018年总体呈现稳定趋势,而从2019年以来显著增加。在检索的8种果酒中,苹果酒的研究较多,发表的文献占比量超过50%,2000年发表的10篇都是研究苹果酒。此外,2019年之后苹果酒相关的文献发表量显著增加。樱桃酒的年文献发表量居第2位,2021年发表数量占比最高,达21%。其他几种水果原料的果酒年发表量均较少,年文献发表量0～5篇。

图1 不同原料果酒的文献发表量

2.1.2 文献关键词共现分析

发表的果酒文献关键词聚类分析结果如图2所示,共得到456个节点,1 571条连线。2000年关键词wine、fermentation、juice和cider等出现的频率较多,而yeast和impact出现较晚,分别在2014年和2015年。在检索的22年期间,wine出现频次最高(66次),volatile compound居第二位(61次),随后fermentation出现了58次,Saccharomycescerevisiae出现了53次。苹果酒相关的关键词cider(2000年首次出现)、apple wine和apple cider分别出现了36、26、17次。近5年来,酒类酒球菌(Oenococcusoeni)在2017年首次出现(5次),sequential fermentation在2019年首次出现(2次),nonSaccharomycesyeast在2020年首次出现(4次)。分析结果表明非葡萄酒类

图2 关键词聚类的时区图

果酒专用发酵菌种的研究起步较晚,特别是用于酒精发酵的非酵母属酵母和用于苹果酸-乳酸发酵的细菌的研究近5年才出现。此外,不同菌种的顺序发酵也是近年来值得关注的果酒发酵技术。张志勇等[10]综述了现代苹果酒生产中混合菌种的顺序发酵工艺。主要发酵工艺为非酿酒属酵母(先接种)和酿酒酵母(后接种)共同进行酒精发酵;或前期接种酿酒酵母进行酒精发酵,后期加入细菌进行苹果酸-乳酸发酵。非酿酒属酵母包括汉逊酵母属(Hanseniaspora)、毕赤酵母属(Pichia)、克鲁维酵母属(Kluyveromyces)等,细菌主要为植物乳杆菌(Lactobacillusplantarum)、酒类酒球菌(Oenococcusoeni)。

2.1.3 文献关键词突发分析

文献关键词突发分析发现,在引用突发性最强的9个关键词中,impact引用强度最高,突发持续时间在2019年到2021年(表1)。综合图2的结果发现impact与wine、fermentation、sensory analysis之间连线较多,关联较为紧密,表明发酵对非葡萄酒类果酒的感官品质的影响是近两年来研究人员关注的热点方向。关键词cider引用强度居第二位,但突发持续时间最长(2000—2008年)。此外,apple wine的引用突发持续时间为2014—2016年,结果也同样说明苹果酒的研究在为非葡萄酒类果酒中处于热点领域。从图2还可以发现,cider(apple wine)与苹果种类(cultivator、apple juice)、发酵菌株(yeast、strain)、成分(acid、phenolic compound、volatile compound)、功能性(antioxidant activity)联系紧密,表明苹果品系、发酵菌株、苹果酒成分和功能性是苹果酒研究的主要方向。

表1 引用突发性最强的9个关键词

将9个关键词归纳为4类:果酒类(cider、apple wine、cherry wine);发酵菌株类(yeast、strain、survival);检测方法类(performance liquid chromatography、gas chromatography)和品质影响类(impact)。归类分析表明:(1)对于果酒发酵菌株分析发现,果酒发酵菌株的研究热点随时间依次呈现为菌种的存活率、酵母菌的筛选和新型发酵菌种的探索;(2)果酒成分测定的常用方法是高效液相色谱法和气相色谱法;(3)非葡萄酒类果酒品质的影响因素引用突发强度最高,表明该方向是最新的研究热点。

2.1.4 文献被引用的突发分析

利用CiteSpace进行参考文献被引用的突发分析,表2列举了突发最高的10篇文献,这些文献均为研究性论文,其中8篇有关苹果酒,2篇为樱桃酒的相关。9篇文献的关键词中包括挥发性化合物(volatile、aroma或odor-active)。COTON等[11]论文主题为细菌,SUN等[12]、LORENZINI等[13]和LAAKSONEN等[14]论文研究主题为酵母菌(酿酒酵母或非酿酒酵母属酵母),YE等[15]、ALBERTI等[16]和LAAKSONEN等[14]论文研究主题是苹果原料,而NIU等[17]、ANTN等[18]、PICINELLI LOBO等[19]和QIN等[20]论文的研究主题为挥发性化合物的测定。上述结果同样也说明非葡萄酒类果酒中苹果酒的关注度最高,其次为樱桃酒。从引用突现变化来看,近5年(2016—2021年)水果原料(品种、成熟度)和酵母菌株对果酒挥发性成分的影响,以及挥发性化合物的测定方法探究是非葡萄酒类果酒新的研究趋势。

表2 引用突发最强的10篇参考文献

2.2 非葡萄酒类果酒技术领域专利可视化分析

2.2.1 专利申请数量时间分布

非葡萄酒类果酒专利申请量在2000—2011年总体呈现稳定趋势,2012年以后快速增长,并在2015—2017年期间达到峰值(图3)。这一趋势与国内果酒市场的发展以及政府扶植政策的出台时间存在一定的关联性:据《2014—2018中国果酒研究报告》的数据分析显示,我国果酒在销售额方面的年增长率为15%。果酒潜在的市场目前也吸引了国内白酒行业领头羊的兴趣,如五粮液的仙林青梅果酒、茅台的悠蜜系列蓝莓利口酒、宁夏枸杞酒、山东苹果酒也初具规模。

图3 非葡萄酒类果酒专利申请年度趋势

选取了申请量排名前十的水果原料:苹果、桑葚、蓝莓、梨、猕猴桃、杨梅、橙橘、山楂、樱桃、石榴,分析其2012—2021年间专利申请量的变化情况(图4)。

图4 2012—2021年主要的非葡萄酒类果酒专利申请数

其中,在2012、2015—2017年间苹果酒的申请量远高于其他非葡萄酒类果酒,最高占比超过50%;2017年苹果酒的专利申请量达到峰值。其次,蓝莓酒和桑葚酒的申请量分别从2012年和2013年开始出现显著增长,并分别在2015年和2018年达到峰值;此外,杨梅酒的申请量在2018年出现激增,成为仅次于桑葚酒的品种。其他几种果酒的申请量在2013—2018年间均相对平稳,其中梨酒和猕猴桃酒的年平均申请量在20～30件,橙橘酒、山楂酒和樱桃酒的年平均申请量在10～20件,石榴酒的年平均申请量则低于10件。

2.2.2 专利申请的地域分布

从截止到目前的专利数据来看,中国关于非葡萄酒类果酒专利的申请量远超其他国家或地区,占全球专利申请总量75.12%,美国占2.4%,俄罗斯占2.3%,法国占1.68%,日本占1.44%。另外,还有一部分专利通过世界知识产权组织提交。

对专利申请排名前十的申请单位进行分析。我国江南大学的专利申请量最多,达到54件;其次是安徽铭传酒业有限公司,日本三得利株式会社和韩国食品研究所分别位列第5、6位。此外,中国的西北农林科技大学、湖北工业大学、山东农业大学等高校在该领域的专利申请数量排名相对靠前(图5)。

图5 全球非葡萄酒类果酒专利申请单位排名

2.2.3 专利技术构成及热点分布

Patent classification(PC)是目前国际上通用的专利分类系统[21],是确定专利申请的新颖性、创造性(包括对技术先进性和实用价值作出评价)的一种有效工具。

International patent classification(IPC)按5级分类,分为部、大类、小类、大组和小组[22]。部由一个字母表示,大类由2个数字表示,小类由1个字母表示,主组由1～3个数字表示,分组由2～4个数字表示。IPC共有A(人类生活必需)、B(作业、运输)、C(化学、冶金)、D(纺织、造纸)、E(固定建筑物)、F(机械工程)、G(物理)、H(电学)8个部[23]。非葡萄酒类果酒技术领域对应的专利方向分布如图6所示。

图6 非葡萄酒类果酒专利技术构成

由图6可知,非葡萄酒类果酒技术的专利主要集中在C、A这2个部的方向领域。按大组细分,占比最大的为C12G3大组(93.81%),即C12果汁酒分类下的除葡萄酒以外的其他酒精饮料的制备;其次是C部的C12R1大组(18.24%),其涉及发酵微生物;之后为A部的A61K36大组,其涉及含有真菌,如酵母的药物制剂,占11.65%。

技术构成分析表明,非葡萄酒类果酒生产技术研究方向主要集中于酿造工艺C12G以及微生物菌株C12R上,这也是非葡萄酒类果酒生产技术的2大关键因素,即酿制工艺和发酵菌株筛选;此外,非葡萄酒类果酒生产技术的研究热点还包括:A部中以A61K36为代表的含有天然成分的中草药的研究,C部中以C12H1为代表的酒精饮料的巴氏灭菌、杀菌、保藏、纯化、澄清或陈酿工艺的研究,C12H6为代表的提高发酵溶液或酒精饮料中酒精含量的方法研究,C12N1为代表的发酵微生物本身及其组合物的研究,这些方面成为非葡萄酒类果酒生产技术领域中专利的研究热点。

3 讨论

3.1 文献和专利在时间特点上的综合分析

从时间脉络上分析非葡萄酒类果酒生产技术在近20年的发展和演进过程。该领域的学术文献呈现稳步的增长态势。苹果酒一直处于非葡萄酒类果酒研究的热点品类,2019年以来苹果酒的相关文献发表量显著增加;非葡萄酒类果酒专用发酵菌种(非酵母属酵母和用于苹果酸-乳酸发酵的细菌)的研究在近5年逐步增多;发酵对非葡萄酒类果酒感官品质的影响是近2年来研究的热点方向。2012—2017年,非葡萄酒类果酒的专利申请数量快速增长,之后有所回落;苹果酒的专利申请量一直占据绝对优势,其次是桑葚酒、蓝莓酒和梨酒。

3.2 文献和专利在地域上的综合分析

在文献方面,没有对来源国家进行统计;但在专利申请方面,中国申请量远超其他国家。原因可能在于:欧美发达国家的非葡萄酒类果酒产业起步早,生产技术成熟,相关专利在更早期就已做了全面布局;相比之下,中国的研发起步较晚,但近年随着我国对果酒行业加大扶持力度,明显推动了我国果酒行业的发展。据《中国果酒市场前景调查分析报告》显示,2013—2017年,我国果酒产量平均年增长率达到15%。

3.3 文献和专利综合分析揭示研究新热点

目前文献的研究集中在酵母菌株对果酒挥发性成分的影响以及挥发性化合物的测定等方向;而专利方面利用IPC代码进行热点分析后,发现研究的热点主要集中在果酒巴氏灭菌、杀菌、保藏、纯化、澄清或陈酿工艺,提高发酵溶液或酒精饮料中酒精含量的方法以及发酵微生物本身及其组合物的研究上。可见,果酒专用菌株或新型发酵菌种的探索成为文献和专利在近年研究中共同关注的前沿话题,也将成为新的研究热点。

3.4 结论

本文应用文献和专利可视化分析方法,检索Web of Science数据库和incoPat专利平台近20年间发表的非葡萄酒类果酒的文献和专利;从时间序列文献和专利发展态势、地域发文及专利分布、研究方向分布和研究热点等4个方面进行可视化分析。结论如下:(1)近年来,我国果酒行业发展迅速,非葡萄酒类果酒相关专利申请量及占比持续增加,发展潜力巨大;(2)苹果酒作为仅次于葡萄酒的世界第二大果酒,因其优质、低度、营养、保健的特点,成为非葡萄酒类果酒领域中的关注热点,从文献和专利2个方面均可以看出,全球以及国内对于苹果酒的研究热度最高且持续时间最久;(3)目前我国在非葡萄酒类果酒领域的专利申请数量上占据优势,且创新专利技术的应用和推广将极大推动非葡萄酒类果酒产业的发展;(4)通过运用文献的主题聚类和专利的IPC代码分布聚类2种方法,对非葡萄酒类果酒生产技术领域研究热点和研究前沿进行综合分析后发现,新型酿酒酵母的筛选及选育成为文献和专利在近年研究中共同关注的热点。

同时,在全文的定量统计和定性分析的过程中,通过文献和专利2个方面的数据看到中国在非葡萄酒类果酒生产技术领域的研究成果虽起步较晚,但发展速度很快;同时非葡萄酒果酒和复合果酒消费量也呈逐年上升的趋势。据《中国食品报》报道,2019年中国果酒销量已达11.9万t[24]。未来,需要经过国内研发人员和申请人不懈的努力,在果酒专用原料品种、专用发酵菌种、酿造工艺、果酒稳定技术、陈酿技术等方面不断进行技术创新,开发新产品,才能引领我国非葡萄酒果酒行业走向世界。