食品安全快速檢測技術的專利文獻計量研究

張 南

（北京工商大學圖書館，北京 100048）

俗話說：“民以食為天，食以安為先”。食品安全關乎國計民生，是事關人民健康和構建和諧社會的重大戰略問題[1]，近年來我國的重大食品安全事件屢見不鮮，因此食品安全檢測技術在保障食品安全方面起著越來越重要的作用。目前，國際上食品安全檢測技術呈現兩個發展方向：一是傳統實驗室檢測向設備日趨精密、檢測限量逐步降低的方向發展；二是現場檢測技術向技術速測化、裝備便攜化的方向發展[2]。依賴于大型儀器的實驗室分析檢測技術如質譜、色譜具有準確、可靠的優點，但存在著周期長、專業性強、費用高等不足，難以及時、快速地監控食品的安全狀況，不適合進行大量樣品的篩選；因此，簡單快速的檢測技術具有廣闊的應用前景[3-4]。國際標準化組織（International Standardization Organization，ISO）將快速檢測方法描述為具有能夠滿足用戶適當需求的性能，具有縮短分析時間、易于操作或者可以自動操作、小型化、降低檢測成本等優勢的替代方法[5]。自2015年10月1日起施行的修訂后的《中華人民共和國食品安全法》[6]中第一百一十二條中明確規定了“縣級以上人民政府食品藥品監督管理部門在食品安全監督管理工作中可以采用國家規定的快速檢測方法對食品進行抽查檢測”。目前，食品安全快速檢測技術得到了飛速發展和廣泛應用，也是食品安全領域的研究重點，但是對食品安全快速檢測技術的專利文獻情報研究幾乎空白。為此，本文對食品安全快速檢測技術領域相關專利進行分析，客觀揭示技術發展態勢、梳理技術發展脈絡、分析主要原創技術的全球專利布局、挖掘前沿研究熱點等；并通過分析在華專利，深度透視我國在食品安全快速檢測技術領域實施技術創新所面臨的國內外形勢和存在的問題。以期為相關部門和科研人員制訂食品安全快速檢測技術領域相關戰略及把握科學研究方向提供依據和參考[7]。

1 數據來源與檢索方法

1.1 數據來源

本文是基于德溫特專利數據庫[8]（D e r w e n t innovations index，DII）和DI分析平臺中的德溫特世界專利索引（Derwent world patents index，DWPI）數據庫進行的檢索式設計、數據提取與簡單數據分析工作。

DII將DWPI[9]與專利引文索引加以整合，數據每周更新，提供全球專利信息。它收錄了來自世界各地超過52 家專利授予機構提供的增值專利信息，涵蓋3 411多萬個同族專利（截止到2017年7月），每條記錄除了包含相關的同族專利信息和專利引用情況，還包括由各個行業的技術專家進行重新編寫的專利信息[10]。

DI擁有全面的數據源，整合了全球90多個國家或地區專利授予機構的專利數據，對其中接近50 家專利機構的專利數據進行人工編輯和改寫[11]。內嵌在其中的專利地圖可以宏觀呈現整個技術領域的布局、不同國家/機構間的技術側重以及不同時期的技術分布等。

1.2 檢索方法

在DI數據庫中，數據集合選擇：全部；檢索式：TI（標題）＝（RAPID or fast or quick* or kit）AND CTB（標題/摘要/權利要求）＝（FOOD* or Agriculture ADJ product） AND TI＝（DETECT*）。本文數據分析工具采用科睿唯安公司的DDA[12]軟件。由于專利申請到專利公開有18 個月的滯后期，使得大量專利還處于未公開狀態，所以2016年以及之后數據僅供參考[7]。

2 食品安全快速檢測技術的專利文獻計量結果

2.1 技術發展態勢

專利申請趨勢是技術研發態勢的重要參考指標[13]，圖1中申請總量曲線表示了食品安全快速檢測技術領域專利申請量隨時間的變化情況。截至2017年6月28日，按專利申請號歸并共檢索到相關技術專利4 615 項，專利申請的時間跨度為1970—2017年，共47 年。第一項關于食品安全快速檢測技術的專利申請出現在1970年3月23日，由Armourand Company公司的Heck和Hill提出（公開號：US3704204A）[14]，具體內容是關于利用新型培養基進行沙門氏菌快速檢測，利用此技術可以使原來需要3～5 d才能完成的檢測縮短至24 h。從此至2000年以前為食品安全快速檢測技術的萌芽期，專利年申請量均在100 項以下，這個時期專利申請量波動性大，技術研究很不穩定。

圖1 專利申請總量及前十位主要國家/地區專利申請數量自1970—2016年的變化情況Fig.1 Changes in total number of patent applications fi led worldwide and number of patent applications from top10 countries/regions from the year 1970 to 2016

從1970年開始，總共有41 個國家/地區申請了關于食品安全快速檢測技術領域的專利，專利數量排名前十的國家/地區依次為：中國、美國、世界知識產權組織、日本、歐洲專利局、韓國、澳大利亞、加拿大、德國和印度。其中，中國以2 423 項專利明顯領先于其他國家/地區，排名首位，值得注意的是，DII數據庫中包含了中國的實用新型專利信息，提高了中國的專利數量[15]。前十位主要國家/地區專利申請數量隨時間的變化情況如圖1所示。我國關于食品安全快速檢測技術的專利申請起步于1987年，之后申請量呈上升趨勢。從2007年開始全球關于食品安全快速檢測技術的專利申請一半以上來自中國，這與2008年奧運會在北京舉行和抗震救災需要大量食品安全快速檢測技術刺激相關。由于專利申請到專利公開有18 個月的滯后期，相信2015年施行的修訂后的《中華人民共和國食品安全法》會引起我國食品安全快速檢測技術方面專利申請的新增長。

但值得注意的是，全球關于食品安全快速檢測技術的4 615 項專利申請中，授權1 548 項，授權比例為33.54%。美國申請專利468 項，授權243 項，授權比例為51.92%。中國申請的2 423 項專利中，僅有686 項授權，授權比例僅為28.31%。雖然我國這些年在專利申請上已經取得一定的成就，我國食品科技工作者的科研成果在國際上也得到不斷重視，但是通過專利授權比例表現出的專利質量方面應給予更多的關注和提高[16]。

2.2 主要原創技術國家/地區及全球重要技術布局市場分析

所謂專利優先權是指申請人在一個國家第一次提出申請后，可以在專利法規定的期限內就同一主題向其他國家申請保護，這一申請在某些方面被視為是在第一次申請的申請日提出的[17]。通常而言，專利申請機構會在本國就其發明創造第一次提出專利申請，所以對專利申請的優先權地域分布進行分析，可以反映國家/地區的原創技術實力[7]。專利申請國家/地區體現了所涉及的技術未來生產和銷售的目標市場，對一些核心專利技術在重要國家和市場進行專利布局，可以增強對潛在市場的占有和控制，最大程度維護自己的相關權益。

表1 前10 位主要專利申請國家/地區的專利申請量Table1 Number of patent applications from top10 major patent applicant countries/regions

表2 前10位主要原創技術國家/地區及全球的重要技術布局市場Table2 Important technical layout markets worldwide of top10 countries/regions with the largest number of original technologies

為了體現主要原創技術國的全球專利布局情況，利用DDA軟件進行了優先權國家/地區和申請國家/地區的共現矩陣分析，統計結果如表1、2所示：全球關于食品安全快速檢測技術的4 615 項專利申請中，共有來自37 個優先權國家/地區和41 個專利申請國家/地區，也就是說全球有37 個關于食品安全快速檢測技術的原創國家或地區，這37 個國家或地區對未來生產和銷售的41 個目標市場（國家或地區）進行了專利布局。其中，美國擁有892 項優先權專利，但是只有468 項本國專利申請，在中國、日本、韓國、加拿大甚至巴西、墨西哥、越南等24 個海外國家/地區擁有專利申請。日本和德國與美國相似，專利申請量要遠遠低于其優先權量，卻在多個海外國家/地區進行了專利布局。表明美國、日本和德國專利權人更傾向于海外專利申請，暗示他們在食品安全快速檢測技術領域的技術輸出和境外布局較為活躍[18]。反觀中國和韓國的專利申請量大于優先權量，中國僅在美國、世界知識產權組織、歐洲專利局有海外專利申請，韓國僅在日本、美國、世界知識產權組織、歐洲專利局和澳大利亞進行了海外專利布局。表明雖然這些國家的技術研發實力較強，但更關注于本國技術市場，傾向于本土專利布局的戰略[18]。這也從一個側面反映該國缺乏海外專利布局戰略意識。另外，英國、愛爾蘭和法國也具備較強的技術原創實力，澳大利亞、加拿大和印度也為重要的專利布局國家。

2.3 主要專利權人分析

表3利用DDA軟件統計了1970—2017年間全球食品安全快速檢測技術專利申請量排名前十位的機構概況，可以反映出申請食品安全快速檢測技術專利的活躍機構，以及該技術的集中與壟斷程度[19]。從機構類型來看，企業和高校是目前食品安全快速檢測技術研發的重點。專利申請量排名前十位的機構中國占據5 席，但結合核心國家指標則看出中國專利均為本土申請專利，這也從側面反映我國技術研發實力強，但缺乏海外專利布局戰略意識。從近3 年專利申請量占總申請量的比率來看，高校普遍高于企業，其中江南大學最高，達到29%，體現出其強勁的創新力和綜合競爭實力。

為了能夠更好地體現機構的重點和核心技術，對專利的國際專利分類（international patent classification，IPC）號進行統計，《國際專利分類表》是目前惟一國際通用的專利文獻分類和檢索工具[20]。從專利申請數量和涉及的研究機構數量來看，關于酶或微生物的測定或檢驗方法（C12Q 1/68、C12Q 1/04、C12Q 1/34）的研究最多，其次為涉及DNA重組技術的方法（C12N 15/09）以及借助于測定材料的化學或物理性質來測試或分析材料，如通過單克隆抗體的方法、用不溶解的載體固定免疫化學物品的方法、化學發光和生物發光等（G01N 33/577、G01N 33/543、G01N 21/76）方法和手段進行食品安全快速檢測的研究。

表3 專利申請量排名前十位的機構概況Table3 Prof i les of top10 institutions of patent application

2.4 基于IPC分類號層面的技術分布分析

通過分析技術領域分布可以反映出在該技術領域國家的技術活動和戰略布局。為此，對食品安全快速檢測技術領域專利申請排名前十位的國家和地區基于IPC分類號的技術分布比例進行統計，結果如圖2所示。各個國家主要技術領域集中在G01N、C12Q和C12N，但是又各有技術側重的領域。美國對各個技術領域都較為關注，技術分布比較平均。日本、韓國、愛爾蘭在C12N 15大組和C12Q 1/68小組技術分布比例較高，即側重核酸和遺傳工程方面的研究。英國在C12Q 1/04小組關于微生物快速檢測方面的技術研究規模較大，法國側重于G01N 33/53小組，涉及免疫的快速檢測方面的技術研究。

圖2 主要國家/地區基于IPC分類號層面的技術分布百分比Fig.2 Percentage of technology distribution based on the IPC classif i cation number level in major countries

圖3 中國重點關注的技術領域發展趨勢Fig.3 Trends in China’s key technological fi elds

為了觀察中國重點關注的技術領域隨時間的發展趨勢，統計了優先權為中國的2 345 項專利主要的IPC分類號隨時間的變化趨勢，結果如圖3所示。綜合分析圖2和圖3，中國與其他各國的技術布局有一定差異，中國在G01N 21大組占有很高的技術分布比例，共涉及526 項專利申請，即利用光學手段進行食品安全快速檢測，其中化學比色法和可見光分光光度法是食品安全快速檢測中最常用的經典方法[21]。在2007年前中國專利申請數量不多，處于專利申請多方面發展階段，以G01N 21/78小組依靠化學指示劑的作用產生顏色變化的傳統簡單快速檢測技術專利申請為主。2007—2010年期間G01N 21/31、G01N 21/33小組達到了技術的繁榮時期，之后隨著科學技術的發展，專利申請逐漸減少甚至不再有新專利產生。其中引用最高的為福州大學于2009年申請的《一種基于納米金快速檢測牛奶樣品中三聚氰胺的方法》（公開號：CN101718708A，IPC分類號：G01N21/78；G01N1/34；G01N21/33）[22]，被引23 次。

中國對涉及單克隆抗體的快速檢測技術占有很高的研究占比，有282 項關于G01N 33/577小組的專利申請，2013年專利申請量達到最高為53 項，其中影響力最高的為王學生等[23]于2008年申請的《膠體金免疫浸出和免疫層析結合快速檢測藥物殘留的方法》（公開號：CN101261274A，IPC分類號：G01N33/544；G01N33/577），被引達到34 次。中國涉及核酸和遺傳工程方面的C12N 15/11和C12Q 1/68小組專利申請量逐年提高，2012年后發展更加迅猛，其中影響力最高的為2005年中國人民解放軍軍事醫學科學院放射醫學研究所申請的《一套檢測常見腸道致病菌的寡核苷酸探針及其用途》（公開號：CN1683565A，IPC分類號：C12Q1/68）[24]，被引達到18 次。

2.5 基于專利地圖的技術領域布局變遷及當前熱點領域分析

為了更加深層次地挖掘專利的技術內容信息，洞悉全球食品安全快速檢測領域技術布局變遷及當前熱點領域，根據4 615 項專利申請中標題和摘要字段內容，利用內嵌在DI中Theme Scape專利地圖實現對專利主題內容的全景分析。在專利地圖中，點表示專利，各點之間的距離表示專利內容的相關程度，內容相似的專利在專利地圖中的位置也相近，并形成峰，專利地圖中峰的高度代表一個區域中專利數量的多少，在地圖中以不同的顏色呈現，按照藍色、綠色、深綠色和棕色依次遞增，白色表示最高峰，即專利文獻最密集部分，說明涉及該技術主題的專利申請量最多[25-26]。專利主題之間的關聯情況體現為峰間的距離，峰間距離越近，表示主題相似程度越高，反之則越低[27]。

圖4為基于專利地圖的食品安全快速檢測領域技術總體分布，每個峰區域使用從標題和摘要字段內容中提取的英文關鍵詞經翻譯、整理表述相關技術[28]，總共分為17 個技術領域。圖4中共有2 處白色區域，中間最大的一個區域為L區，內容涉及單克隆抗體、雜交瘤、蛋白、肽、探針等相關的274 項專利，代表專利包括用于檢測魚和貝類中雪卡毒素的單克隆抗體檢測試劑盒[29]（公開號：JP05757497B2）、由KCTC 10431bp雜交瘤細胞產生的與李斯特菌P60蛋白特異性結合的單克隆抗體檢測試劑盒[30]（公開號：US7390489B2）等。第二個區域為涉及核酸適配體的食品安全快速檢測方法和試劑盒等相關的M區，代表專利包括用于復雜生物混合物中蛋白質[31]和核酸[32]的快速檢測生物技術裝置（公開號：IN200903867P4、公開號：CN101548188A）等。此外，Q區、N區、B區、F區均為峰區域，說明該相關技術的專利研究規模大、數量多。Q區涉及引物擴增的特異性和靈敏度等，相關專利有《水稻或水稻加工品中Bt基因快速檢測方法》[33]（公開號：CN103205496A）、《大豆檢疫性病毒病害多重實時熒光PCR檢測方法及試劑盒》[34]（公開號：CN101857904B）等。N區與環介導等溫擴增相關，例如一對通過環介導等溫擴增檢測沙門氏菌的引物設計[35]（公開號：KR2017030746A）、《一種環介導等溫擴增技術快速檢測胡蘿卜成分用的引物組》[36]（公開號：CN103937900A）等。與酶聯免疫吸附測定、抗體、抗原等內容相關的是B區，例如《一種維生素B2的酶聯免疫檢測試劑盒》[37]（公開號：CN102809658A）、《一種快速檢測動物源食品中三氮脒殘留的酶聯免疫試劑盒》[38]（公開號：CN106405089A）等。F區是與食品安全快速檢測的模型相關的專利，此峰主要以中國實用新型專利為主，例如《一種食品快速檢測儀》[39]（公開號：CN205656117U）、《一種保鮮食品檢測樣品箱》[40]（公開號：CN205366565U）等。

圖1 基于專利地圖的技術領域布局變遷Fig.1 Change of technological fi elds based on patent map

在專利地圖中可以進一步觀察不同時期，食品安全快速檢測技術的領域布局變遷情況。紅色代表2014—2017年約3 年時間申請的專利，綠色代表2009—2013年5 年時間申請的專利，黃色代表1970—2008年申請的專利，3 個時間段專利數量相差不大，均為1 200～1 600 件。可以看到，1970—2008年在與酶促反應、可見光分析儀、試劑成分等相關的G區，與培養基、微生物現場快速檢測等內容相關的K區，利用分子學方法如聚合酶鏈式反應（polymerase chain reaction，PCR）[41]、探針等技術檢測微生物的O區，利用寡核苷酸快速鑒別特異性菌種的P區、L區以及N區等區域均有大量的專利申請。2009—2013年專利申請的熱點相比1970—2008年有所增加，主要集中在與熒光素標記、異魯米諾標記、納米微珠等內容相關的A區，與膠體金內容相關的E區，與氨和氨離子濃度測定相關的試劑盒和方法等內容相關的C區，與異檸檬酸濃度測定等內容相關的D區，以及N區、Q區、P區、L區和B區等區域。2014—2017年期間，專利申請集中在涉及傳感器、電極、信號和數據的快速檢測模型或者模塊的I區，例如《糧食品質近紅外快速檢測無線系統》[42]（公開號：CN102042968B），涉及諾瓦克病毒以及相似病毒檢測試劑盒的J區，以及B區、C區、F區、M區、L區、N區和Q區等，這些均為當前專利申請的熱點領域。

3 結 語

自從20世紀70年代以來，伴隨著食品科學與技術的迅速發展，食品安全快速檢測技術得到了飛速發展和廣泛應用，而中國在該領域的專利成果更加令世人矚目。在總結歸納我國食品安全快速檢測技術領域在專利申請方面取得的成就同時，我們要客觀認識到現階段我國食品安全快速檢測技術領域專利質量還有待進一步提高，專利授權比例有待提升。我國在專利布局戰略方面傾向于本土專利布局，缺乏對一些核心專利技術在重要國家和市場進行專利布局。通過結合IPC分類號分析出我國在利用光學手段進行食品安全快速檢測的G01N 21大組和涉及單克隆抗體的G01N 33/577小組占有很高的技術分布比例，是我國主要的技術領域。此外，我國涉及核酸和遺傳工程方面的C12N 15/11和C12Q 1/68小組專利申請量逐年提高，在2012年后發展更加迅猛。

自從1994年Narin[43]在Scientometrics上提出專利計量開始，專利計量學的理論和方法[44-46]已經被廣泛應用在學科和科研機構評價、了解技術潛在的市場應用、尋求技術潛在的合作對象以及專利成果轉化等多方面。目前，食品安全快速檢測技術得到了快速發展和廣泛應用，也是當前食品安全領域的研究重點，但是對食品安全快速檢測技術的專利文獻計量研究幾乎空白。通過專利文獻計量學分析，若想提高我國食品安全快速檢測技術的競爭力，在未來的專利布局方面提出如下建議：1）在保持高申請量的同時，重視專利質量，重點關注專利引用次數、專利授權等指標，增加核心或高影響力專利的數量，提高自主知識產權質量，提升國家的科技創新水平和綜合競爭力[47]。2）在關注本國技術市場的同時，加強對核心專利技術在重要國家和市場進行專利布局和技術輸出，增強對潛在市場的占有和控制，最大程度維護自己的相關權益。3）密切關注主要國家和機構的專利布局變遷，準確把握當前技術熱點領域并動態跟蹤，對當前和長遠技術領域的發展趨勢做到心中有數。4）高校與企業應該加強科技合作[48]，不僅能增強企業技術實力，還可以進一步提高科研成果轉化率，《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》（2006—2020年）[49]明確提出“建設以企業為主體、產學研結合的技術創新體系”，通過產、學、研相結合，實現專利成果轉化為現實生產力[50]。5）充分了解我國食品安全快速檢測技術專利布局特點，因地制宜地制定和規劃技術的發展策略、合理分配有限的資源和尋求國內外潛在合作對象，從而整體提升我國食品安全快速檢測技術國際競爭力。