主糧化大背景下我國馬鈴薯產業專利分析及創新趨勢研究

李彥軍，張方劍，王 勇，蒲華寅，曹貴堂

（1.陜西科技大學食品與生物工程學院，陜西西安 710021；2.陜西農產品加工技術研究院，陜西西安 710021；3.西安萬眾食品有限公司，陜西 西安 710021）

馬鈴薯是目前我國最有發展前景的高產經濟作物之一，也是僅次于水稻、玉米、小麥的第四大糧食作物[1]，同時也是十大熱門營養健康食品之一。由于其高產穩產、適應性廣、營養成分全和產業鏈長而受全世界的高度重視。馬鈴薯加工產品已成為全球經濟貿易中的重要組成部分。我國于2015 年正式開啟了馬鈴薯主糧化發展戰略[2]。主糧化戰略的提出為馬鈴薯加工業的發展帶來了契機?；隈R鈴薯相關專利數據，采用數據分析和實證相結合的方法，通過專利數據透視馬鈴薯產業發展現狀和創新趨勢，探討我國馬鈴薯加工技術領域專利保護發展對策，以期為相關技術研發決策提供支持，為馬鈴薯產業的創新發展提供有價值的競爭情報。

1 數據來源與方法

以馬鈴薯為檢索對象，分別在Incopat 專利數據庫、innojoy 專利搜索引擎、patsnap 全球專利數據庫進行相關檢索分析。檢索日期2020 年5 月20 日，檢索關鍵詞“馬鈴薯”或“potato”，檢索范圍“中國”，時間范圍“近10 年”。為充分展示馬鈴薯相關專利的全景信息，在分析我國馬鈴薯產業相關專利的同時，重點關注了近10 年與人們生活密切相關的馬鈴薯主食化方面的相關專利，以供相關人員了解馬鈴薯主糧化戰略實施以來取得的成就及后續發展方向。

2 我國馬鈴薯加工產業專利基本情況分析

專利作為最新、最有生命力的技術創新的結晶，是衡量自主創新能力的一個可量化的重要維度[3]。專利數量統計可以從宏觀上顯示出專利技術在時間上的活躍度情況，微觀上則可以顯示出技術發展動向、企業專利布局動向和區域專利發展動向[4]，可用來評估一個產業的研發能力、發展走向，進而判斷其發展趨勢[5]。

2.1 我國馬鈴薯產業專利申請趨勢

自2011 年以來，我國馬鈴薯產業發展快速，相關專利申請活躍，總體上呈快速增長趨勢。2015 年正式開啟了馬鈴薯主糧化發展戰略、2016 年中央1 號文件提出“積極推進馬鈴薯主食開發”、農業部發布了關于推進馬鈴薯產業開發的指導意見，2017 年中央1 號文件指出“實施主食加工業提升行動，積極推進傳統主食工業化、規模化生產，大力發展方便食品、休閑食品、速凍食品、馬鈴薯主食產品”。國務院發布《國民營養計劃（2017—2030 年）》，指出要“繼續推進馬鈴薯主食產品研發與消費引導，以傳統大眾型、地域特色型、休閑及功能型產品為重點，開展營養主食的示范引導”，為馬鈴薯加工產業發展指明新的發展方向[6]。國家馬鈴薯主糧化戰略的實施，為馬鈴薯加工業的發展帶來了新的契機[7]。

我國馬鈴薯產業專利申請趨勢分析見圖1。

圖1 我國馬鈴薯產業專利申請趨勢分析圖

由圖1 可以看出，我國馬鈴薯專利申請量逐年上升，2016 年隨著國家馬鈴薯主糧化戰略的提出，我國馬鈴薯專利的申請量達到峰值，這與國家政策的熱度有關。2017 年、2018 年馬鈴薯專利申請量稍有下降，但基本維持在2 000 件/年左右，隨著國家馬鈴薯主糧化戰略穩步發展，我國馬鈴薯專利的申請將回歸產業發展趨勢穩步上升。

2.2 我國馬鈴薯產業專利申請技術分析

2.2.1 專利類型分析

我國馬鈴薯產業專利類型分布見圖2。

圖2 我國馬鈴薯產業專利類型分布圖

由圖2 可以看出，我國馬鈴薯產業專利技術申請發明專利申請占60.95%，實用新型占24.55%，外觀設計6.34%，發明專利授權8.16%，申請主要以發明專利為主，馬鈴薯發明專利也不僅僅局限于食品飲食領域，以馬鈴薯為主的功能成分不斷在醫藥、材料等領域增加。發明專利的比例在穩步提升，專利實用新型和外觀設計相對較少，授權發明專利比例不大，對于外觀設計而言，絕大部分的外觀專利都是馬鈴薯外包裝的不同形狀、圖案和色彩的相互結合，對購買者造成視覺購買力，但馬鈴薯外觀設計專利的模式比較單一，相較而言，外觀專利涉及的比例也在不斷降低。綜上所述，我國馬鈴薯產業的發展還處于技術上升階段，創新的趨勢及專利的重點主要集中在技術研發和創新方面，能直接反映產業發展現狀及商品化水平的外觀設計專利較少。

2.2.2 申請人分析

我國馬鈴薯產業專利當前申請（專利權）人排名見圖3。

圖3 我國馬鈴薯產業專利當前申請（專利權）人排名

對檢索到的17 000 余件專利的申請人（專利權人）進行分析發現，我國馬鈴薯產業專利申請主要以企業為主，約占42.65%，其次為個人申報總量約占27.87%，大專院校15.55%，科研單位11.14%，最后為機關團體及其他。企業申請量占總量的50%，說明我國企業越來越重視知識產權的保護，專利保護對企業健康發展、保駕護航起到了至關重要的作用；個人申請也成為我國馬鈴薯專利申請一個不可忽視的力量；高校及研究院所作為科技創新的主體及前沿陣地，占據了我國申請人（專利權）人前十榜單（見圖3）。中國農業科學院農產品加工研究所作為農業科研的國家隊，在馬鈴薯加工、主食化領域申請專利近200 項高居榜首，為馬鈴薯主食產業的發展作出了突出貢獻；其次為甘肅農業大學和西昌學院在服務地方經濟、促進當地馬鈴薯優勢產業發展的方面取得了很大的成績，尤其在馬鈴薯種植、采收加工設備等方面擁有多項自主知識產權。

以我國馬鈴薯產業專利當前申請（專利權）人排名前五進行分析。

馬鈴薯產業專利申請（專利權）人分析見表1。

表1 馬鈴薯產業專利申請（專利權）人分析

我國馬鈴薯專利申請（專利權）人重點分布在中國農業科學院農產品加工研究所、西昌學院等。企業專利申請多以馬鈴薯全粉加工及馬鈴薯食品為主。由于鮮馬鈴薯保存困難，為延長其保存時間，一方面全粉加工是馬鈴薯長期保存并且不變質的主要生產工藝；另一方面馬鈴薯食品加工，專利主要涉及到面條、面包和餅干等生產制備制作工藝，實際操作性強，涉及的專業程度比較淺，貼近大眾生活。大專院校、科研單位的馬鈴薯專利更多的是鋪展的攤子更小，但涉及的范圍更廣，輻射的領域更寬，工藝更加成熟，應用到食品、化工、材料、和醫療衛生等領域。例如，文赟等人[8]發明了利用馬鈴薯淀粉渣制備高黏度羧甲基纖維素鈉的方法，應用到化工領域。劉卯成等人[9]發明了用于超級電容器電極材料的馬鈴薯基多孔碳材料制備方法，應用到材料領域。田亞平等人[10]發明了一種馬鈴薯天冬氨酸蛋白酶抑制劑的制備方法，應用到醫藥領域，還包含馬鈴薯種植和采收設備、全粉加工、營養飲食產品、白酒發酵工藝、用于微生物培養的培養基制備等方面。

2.2.3 地域分析

我國馬鈴薯產業專利申請地域分布見圖4。

圖4 我國馬鈴薯產業專利申請地域分布

由圖4 可以看出，申請馬鈴薯專利較多的省份集中在西北、西南和東北地區。安徽雖處于我國馬鈴薯生成中原二作區，種植面積及單產均不及北方一作區，但是近年來，安徽積極響應國家政策，優化產業結構，不斷出臺相關政策、規劃，為全省馬鈴薯主糧化的推廣制定了詳細的規劃，成績較為突出[11]，而且再加上適宜的栽培季節、栽培模式、種植方法和機械化程度高，使得2016 年安徽馬鈴薯產業取得較快的發展[12]。在政府的扶植下建立的創新服務平臺、技術研發基地、科技創新成果轉化等基地，培養了一大批科研技術人才，為馬鈴薯產業發展攻克了一些核心問題、基礎問題和共性問題，提高了產業的核心競爭力[13]。在我國馬鈴薯領域申請專利較多，能檢索到的有2 431 件，這與當地產業政策和發展密不可分；其次是山東和江蘇，山東憑借著政策支持、技術發展、產業轉型和數字資產等機遇[14]，不斷完善產業結構，并結合數字化轉型升級提供馬鈴薯大數據，為馬鈴薯產業健康發展提供了保障，間接為馬鈴薯專利的增長提供動力。另外，廣西、甘肅、重慶申報次數均超過了500 件。事實上，這些申報專利較多的地區和省份不僅與我國馬鈴薯主產區高度吻合，而且也與近年來馬鈴薯主糧化的進程密切相關。因此，從專利計量分析研究角度側面亦可反映國內馬鈴薯產業布局情況。

2.2.4 技術構成分析

我國馬鈴薯產業專利申請技術構成分布見圖5。

圖5 我國馬鈴薯產業專利申請技術構成分布

分析技術分支占比可以幫助了解當前馬鈴薯專利申請的創新熱度。將檢索到的專利按照IPC 分類進行整理，并對其高頻詞匯進行檢索分析，繪制我國馬鈴薯產業專利申請構成領域分布圖。由圖5 可以看出，我國馬鈴薯專利的申請主要集中在A23（其他類不包括的食品或食料；及其處理）、A01（焙烤；食用面團）、A21（農業；林業；畜牧業；打獵；誘捕；捕魚）3 類技術分支，通俗講就是馬鈴薯的加工、種植和機械設備領域，這與我國馬鈴薯產業的發展現狀及國民經濟發展密切相關。首先，馬鈴薯的種植面積廣，2017 年全國種植576.5 hm2，產量達到9 914.7 t[15]，質量好的馬鈴薯保存時間在45 d 左右，保存時間較短，如何將馬鈴薯快速收獲、加工得以保存或者消費顯得尤為重要；其次，大面積馬鈴薯種植、收獲僅僅依靠人工的方式還不能滿足現代化收割需求，大量的機械化填補人工市場，機械設備縮短了種植、收獲和加工的時間，減少勞動人員，這是一個必然的趨勢，因此馬鈴薯的加工、種植相關的機械設備占據我國馬鈴薯產業專利申請構成領域也是產業發展的需要。

2.2.5 法律及運營狀態分析

專利的法律狀態在侵權訴訟、產品引進出口、技術轉讓、新產品開發等方面都有重要作用。通過分析當前法律狀態的分布情況，可以了解分析目標中專利的權利狀態及失效原因，以作為專利價值或管理能力評估、風險分析、技術引進或專利運營等決策行動的參考依據。

我國馬鈴薯產業專利當前法律狀態見圖6。

圖6 我國馬鈴薯產業專利當前法律狀態

由圖6 可以看出，近10 年我國馬鈴薯專利獲授權保護的占總量26.33%，其中處于實質審查階段的專利22.21%，權利終止20.08%，因創造性、新穎性等問題撤回19.9%，駁回7.24%等。

我國馬鈴薯產業專利轉讓及許可趨勢見圖7。

圖7 我國馬鈴薯產業專利轉讓及許可趨勢

專利權轉移和實施許可是反映專利價值的一個重要維度，通過繪制近10 年各年度專利權利發生轉移和實施許可的專利數量變化趨勢，可以了解不同時期內技術合作、轉化、應用和推廣的趨勢，反映技術的運營和實施熱度。據統計，2015 年之前，我國馬鈴薯產業的專利轉讓相對較少，不足50 件，2015 年以后馬鈴薯領域專利轉讓大幅度上升，并且法律狀態變更主要以專利權轉讓為主，且處于逐年上升的態勢，可以說馬鈴薯產業專利交易較活躍，馬鈴薯產業轉讓專利以實用性強、適用性廣、解決問題能力強、使用方便為主，主要以馬鈴薯的種植、收獲和加工方面的專利轉讓為主，涉及馬鈴薯的育種、播種、收獲、清洗和切片等發明專利；其次是馬鈴薯全粉加工工藝和馬鈴薯食品制備等專利，多為發明專利。到2019 年專利轉讓數目達到191 件，而且這個數量的趨勢還在逐年提高，這也側面地反映了我國馬鈴薯主糧化戰略正處于穩步上升期。

2.3 我國馬鈴薯產業專利申請技術熱點分析

我國馬鈴薯產業專利申請創新詞云見圖8。

圖8 我國馬鈴薯產業專利申請創新詞云

近年來，隨著馬鈴薯主糧化戰略的深入，越來越多的研究者和消費者對馬鈴薯加工產品產生興趣[16]，馬鈴薯加工業也有了較為快速的發展，產品類型更加多樣化，國家馬鈴薯主食化技術研發團隊和企業科研院所相繼開發出了符合我國消費習慣和口味偏好的馬鈴薯主食產品包括馬鈴薯饅頭、馬鈴薯面條、地方特色制品和休閑食品達300 多種[17-18]，馬鈴薯主食產品開發的專利申報非?；钴S。通過對最近申請的馬鈴薯技術領域5 000 條專利中最常見的關鍵詞的提取，構建創新詞云，了解當前該技術領域最熱門的研究動向。由圖8 可以看出，高頻熱門關鍵詞集中在“制備方法”“種紅薯”“制作方法”“馬鈴薯種植”“清洗裝置”“收割機”幾個方面，其中有關馬鈴薯領域“制備方法”的專利高達784 項，“種紅薯”的專利821 項，申請活動較為活躍的申請人中國農科院農產品加工所和西昌學院主要集中在“馬鈴薯全粉”“制備方法”領域，甘肅農業大學集中在“馬鈴薯種植”“馬鈴薯收獲機”領域，青島農業大學在“馬鈴薯收獲機”研究方面優勢明顯，而云南農業大學主要集中于“馬鈴薯種植”，而有關“硒元素”“表達載體”“實生種子”方面研究相對較少。

2.4 我國馬鈴薯產業專利申報在世界范圍內的現狀

2.4.1 我國馬鈴薯專利核心技術數目全球分布

馬鈴薯專利核心技術申請數目見圖9。

圖9 馬鈴薯專利核心技術申請數目

在主糧化大背景下，我國馬鈴薯產業專利技術不斷催生新的生命力，申請數量迅速增長[19]。從圖9可以看出，排名靠前的國家或地區為中國、日本、歐盟和美國，其中中國專利核心技術申請數目達到2 725 件，占比超過81.2%。中國馬鈴薯專利之所以能夠在近10 年內有如此驕人的成果，和2015 年馬鈴薯主糧化發展戰略，2016 年中央1 號文件、2017 年中央1 號文件馬鈴薯產業開發，國務院發布《國民營養計劃（2017—2030 年）》等相關政策有著密切的關系，國家一系列方針政策鼓勵人們去關注、消費馬鈴薯產品，拉動生產需求，調整人們營養膳食結構[20]，催生馬鈴薯專利數量迅速的增長，使得我國在國際社會中遙遙領先。

2.4.2 我國馬鈴薯專利核心技術分類分布

馬鈴薯核心技術全球分布及分類見圖10。

圖10 馬鈴薯核心技術全球分布及分類

近年來，馬鈴薯專利技術主要集中分布在薯類的加工、處理過程及設備，如薯類的加工設備、食品生產設備等和薯類食品制備；其次是馬鈴薯經過烘、烤和炸的制備處理過程及設備，如薯片的制備方法和生產線。馬鈴薯制備、處理過程和專用設備制造排在首位，涉及到馬鈴薯的種植、收獲、切片、食品生產等機械過程，一方面由于科技創新普及程度不斷增長，機械化程度增高，減少人工方面消耗的時間，提高時間利用；另一方面馬鈴薯不耐貯藏[21]，為延長保存時間，一般是直接加工處理，處理過程涉及到加工設備和具體的產品生產工藝。

3 結語

結合當前主糧化背景的專利數據分析，專利數量連年攀升，專利的申請活躍，涉及到食品、醫藥、化工、材料、機械等領域，更多地應用在日常生活中，根據以上研究分析，可以得到以下結論：

3.1 我國是馬鈴薯產業發展的主力軍

馬鈴薯作為高產的農作物，無論從食用價值、藥用價值和應用價值上都預示著產業的蓬勃發展。在主糧化的背景下，國家政策的支持，農民種植的積極性空前高漲，作為高產作物，產量達1 500～2 000 kg/ 畝，比水稻、小麥和玉米的產量要高得多，而且是我國水稻、小麥和玉米后的第四大主糧作物。從馬鈴薯的食用價值上看，馬鈴薯淀粉含量占比為10%～22%，蛋白質含量占比為1.5%～2.3%，還含有維生素和微量元素等，具有豐富的營養價值[22]。針對其藥用價值，從專利的反饋來看，更多的是作為一種輔料，與其他主體材料達到降血糖、抑菌、殺菌等目的。針對其應用價值來看，其涉及的領域更加寬泛，從專利的反饋來看，近年來應用馬鈴薯材料中的功能成分作為目標材料、功效成分的原料或基料。馬鈴薯的高產值、高營養和高應用，預示著馬鈴薯產業發展的不竭動力，再加上連年的產業種植面積的不斷擴大，以馬鈴薯為主體的基礎產業不斷為人們帶來創收的紅利，成為我國產業發展的主力軍。

3.2 馬鈴薯產品的蓬勃發展

我國馬鈴薯年產量在1 億t 以上[23]，作為馬鈴薯種植、消費大國，馬鈴薯的無論是種植熱度還是消費熱度一直很高，馬鈴薯食品系列的專利轉讓數目位于馬鈴薯育種、收獲、切片和全粉加工之后的第5 位，針對馬鈴薯產量及其相關專利可以看出，個人和企業注重的是專利實際的應用，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專利帶來的技術和價值，通過產業需求開展聯合合作。例如，安徽馬鈴薯產業技術創新戰略聯盟，以安徽豐絮農業科技有限公司與安徽農業大學、合肥學院等科研單位、高校進行產業聯合的方式進行合作，進行馬鈴薯產業需求的開發，將實際的應用價值和科研技術價值緊緊結合在一起，使其作為專利的孵化機器，促進專利數目的增長。產業聯合的方式一方面促進馬鈴薯產業的開發；另一方面提高食品生產的便捷程度和提高附加值。以馬鈴薯食品為例，針對全國消費者馬鈴薯食品的發展主要包括3 個部分：大眾普通型、地域特色型、休閑功能型產品。大眾普通型產品，適合普通大眾的一般性口味，如饅頭、面條、餅干、面包等；地域特色型產品，體現地域美食特色，展現地域風情，更多的是體現當地的風土文化飲食，如湯圓、粘豆包、鍋盔、發酵酸奶等；馬鈴薯休閑功能型產品，迎合不同年齡、滿足不同人的口味，如薯片、沙琪瑪等。馬鈴薯產品無論從種類上還是從飲食結構上，都實現了從餐廳到客廳的多元發展。

3.3 馬鈴薯專利的數量穩步增加

國家主糧化戰略提出后，馬鈴薯一度成為研究熱點，再加上國家大方向上政策支持、地方上專項扶持、機械技術的更新、大數據分析和農民種植的積極性，使得2016 年專利申請數量達到2 701 件，授權總量最多達552 件，其中發明專利申請425 件，發明專利授權63 件，實用新型專利64 件，為歷年總量最高峰。近年來，馬鈴薯相關專利申請數量逐年波動，但依然維持在2 000 件/年以上，說明主糧化大背景下馬鈴薯產業的科創中心和研發走向重點依然在維持，專利走向趨勢依舊在波動性增長。

對馬鈴薯主糧化大背景下我國馬鈴薯產業專利分析及創新趨勢研究的建議如下：

（1）加強專利保護。大量的專利反映的是當前馬鈴薯領域現狀和創新的能力[24]，國家整體都在提倡創新，創新引領發展，帶來馬鈴薯發展的不竭動力，所以在專利迅速增長的基礎上，要加強專利保護意識，專利保護是在保護一種創意的思維、創新的積極性，使專利保護成為專利增長的溫床，催化專利數量的增長，帶動馬鈴薯相關產業的蓬勃發展。

（2）增強專利的創新。作為馬鈴薯生產和消費大國，馬鈴薯專利數目高居榜首，其中馬鈴薯外觀設計專利占比6.34%，絕大部分的外觀專利都是馬鈴薯外包裝的不同形狀、圖案和色彩的結合，形式比較的單一，創新程度比較局限；針對馬鈴薯保存時間短，通過制備成全粉的加工提高保存時間來說，我國馬鈴薯全粉顏色的潔白程度、顆粒的大小均勻程度、刺激性氣味的多少、糊化時的溫度和加工后蛋白質的含量等方面與發達國家相比還有很大的差距，主要還是體現在創新能力不足[25-30]。通過加強創新，突破制約馬鈴薯專利及其產品中存在的技術瓶頸，提高工藝的成熟度，減少發展差距。

（3）提高專利的轉讓。專利轉讓是體現專利價值的一個重要衡量標準，對于馬鈴薯專利的數量來說，在世界上中國的專利數量高居榜首，專利的基數大，僅僅是一些表面上的文章，實用性卻很低，甚至沒有用武之地[31-35]。2010—2015 年馬鈴薯相關專利從500 件/年迅速增長到2 000 件/年，而專利轉讓不足50 件/ 年，2015 年馬鈴薯主糧化戰略的開啟，馬鈴薯專利的數量開始迅速增長，涉及的領域、輻射的范圍更廣，專利轉讓的數量更多，對2019 年而言，馬鈴薯專利轉讓數量達到191 件，關于馬鈴薯相關的專利數量達到2 300 件以上，專利轉化率尚不足8.30%，且專利轉讓的以馬鈴薯種植、收獲、清洗、切塊和加工為主，而相對數目最多的食品系列的馬鈴薯專利，在專利轉讓中所占的數目尚不足8%，提高專利轉讓的任務任重道遠。