姜資源的國內專利和產業化發展趨勢分析

鄒冬倩，嚴 輝, ，周桂生，張振宇，郭 盛，楊 健

（1.南京中醫藥大學，江蘇省中藥資源產業化過程協同創新中心/國家中醫藥管理局中藥資源循環利用重點研究室/江蘇省經典名方工程研究中心，江蘇南京 210023；2.中國中醫科學院，中藥資源中心，道地藥材國家重點實驗室培育基地，北京 100700）

姜（生姜、干姜）為常用的藥食同源藥材，其中，生姜來源于姜科植物姜（Zingiber officinaleRosc.）的新鮮根莖，干姜為生姜的加工炮制品[1]。生姜在《呂氏春秋·本味篇》[2]有記載：“和之美者：陽樸之姜”，表明生姜最早是作為食用的?！渡褶r本草經》[3]中，干姜項下的“生者尤良”可推測在藥用功效上已有生姜與干姜的區分，但并未單列。《金匱要略》中記載了不少帶有生姜的方劑，《名醫別錄》[4]中對生姜、干姜進行分條論述：“生姜，味辛，微溫。主治傷寒頭痛、鼻塞，欬逆上氣，止嘔吐。生犍為及荊州、揚州?！鄙R床上常用于風寒感冒、嘔吐泄瀉、魚蟹中毒等癥[5?7]。經研究表明，生姜中主要含有的活性成分為姜辣素類[8]、揮發油類[9?10]、二苯基庚烷類[11]等[12?15]。生姜中含有的各類有效成分也具有許多藥理活性，例如抗炎抑菌[16?17]、抗腫瘤[18?19]、降血糖[20]、抗氧化[21]、健胃及抗胃潰瘍[22]等[23?24]。其產區分布較廣，主產區為山東、云南、四川、貴州等地[25]，這些產區所產的生姜有藥用姜也有菜姜，其中藥用姜多為小種姜，例如云南小黃姜、四川犍為所產生姜等[26]。

目前，人們對生姜的利用仍以日常炒菜食用、藥物配伍為主，而深入研究及高值化利用進程均較為滯后。為帶動姜產業的發展，提高其經濟效益，則需要對具有高附加值的相關產品進行研發。專利是一種保護知識產權的手段，能體現產業研究動態、發展潛力以及研究機構的技術創新能力與成果[27]，可以反映該領域的研究趨勢[28]。現在關于姜類藥材開發利用、提取物利用、有效成分提取、炮制加工等方面已有一些發明專利，產生了一些姜的衍生產品，例如姜汁飲料、姜糖、姜茶、洗發水等，這些產品為姜的資源利用及產業化提供了一定的思路。文章對國內已公開的生姜相關專利進行整理篩選，分析了生姜相關專利的申請現狀，同時對生姜當前的資源品種分布進行了整理，綜合分析了生姜在復方、中成藥中的應用，以及相關專利成果，得到目前姜資源應用的發展程度，進而提出了其產業化發展前景與途徑，以期為促進生姜高值化開發利用，提升生姜資源價值提供參考。

1 生姜相關專利分析

本研究采用SooPAT 專利數據庫（http://www.soopat.com/），該數據庫收錄了108 個國家、地區及組織的專利文獻。以“姜；生姜”為檢索詞，不設置時間跨度，限定專利類型為發明專利及發明授權專利。數據搜集截止日期為：2021 年6 月18 日，對國內已公開的生姜相關專利進行信息采集，總計2570 件，其中非失效的專利，即公開、實審、有權的專利共896 件，經整理篩選后，與生姜衍生產品、提取物、加工方法等相關的專利共514 件，其中生姜作為主體材料的專利為287 件，均為中文專利。以下分析基于截止目前申請的專利總數（2570 件）進行分析。

1.1 生姜專利申請及公開趨勢

國內生姜相關專利申請及公開情況如圖1A及圖1B，由專利年申請量變化可將生姜發展過程分為以下幾個階段[29]：技術萌芽階段（1990 年—2002年），生姜相關專利最早申請于1990 年，該專利為“一種姜汁飲料的制法”，目前是無權-視為撤回狀態。該專利所提到的姜汁飲料制法簡單，除生姜提取物及調味輔料外無其他提取物添加，表明在幾十年前，人們就已經對生姜的衍生產品進行研究。在1990 年至2002 年間，專利申請數量沒有明顯的上升趨勢，除1998 年申請量達到12 以外，其他年份專利數均在10 件以下。技術開創期（2003 年—2010 年），自2003 年開始，歷年專利申請數在15 件以上，到2010 年為止保持緩慢增長趨勢。高速發展期（2011 年—2015 年），在2011 年，專利申請數首次突破100 件，自此以后至2015 年間呈現明顯增長趨勢，在2015 年達到專利申請數的最高峰（450 件）。這表明從2003 年開始，隨著我國社會的進步以及人們對知識產權保護意識的增強，人們對生姜的利用不僅僅局限于日常食用，在得到對生姜利用的研究成果后也能及時使用法律將知識成果保護起來。技術回落期（2016 年—至今），自2015 年后至今，專利申請數量呈現波動下降趨勢，2019 年與2020年的專利申請數分別為134 件與118 件，2021 年至今為止僅有30 件專利申請。推測可能是2019 年以來，國家為優化申請結構、提高申請質量而開展了整體監管轉型，使得專利申請量有所下降，也有可能與生姜常見領域的開發趨近成熟，而新的技術方向研究較少有關。此外，新冠肺炎疫情也對專利申請產生了一定的影響。

圖1 生姜相關專利歷年申請數（A）與公開數（B）Fig.1 Number of ginger related patents applied over the years(A) and disclosed (B)

在專利公開方面，1991 年公開了第一件專利，即為1990 年所申請的“一種姜汁飲料的制法”，在1992 年公開了7 件專利，其中包括了5 件當年申請的專利，表明當時對專利的公開處理較為迅速。2011 年以前，專利的年公開數都在100 件以下，呈現緩慢上升的趨勢，該趨勢與專利的年申請量相當。從2012 年起，隨著申請量的增長，專利的年公開數也迅速增長，并于2017 年達到峰值，為386 件。自2017 年后，公開數也隨申請量變化逐漸下降，2021年至今有102 件專利進行了公開。

1.2 生姜專利技術生命曲線與技術生長率

生姜的技術生命曲線與技術生長率分析如圖2A與圖2B，技術生命曲線圖以專利申請量為縱坐標、專利申請人數為橫坐標，可根據專利申請數與專利申請人數變化趨勢來判斷技術生命周期。技術生命周期可劃分為5 個階段，分別為萌芽期、成長期、成熟期、淘汰期和復蘇期[30]。由圖2A 可知，生姜專利申請數量經歷了申請人和申請量均較少的時期，此時為萌芽期；隨后經歷了申請人及申請量急劇增長的階段，為發展期；在經歷急速發展后，生姜相關專利申請量將至300 件左右，申請人數量在170 左右，進入了成熟期。2019 年以來，專利申請數與申請人數量都開始下降，呈現淘汰衰退趨勢，可能與新冠肺炎爆發、專利監管加強等有關，判斷可能進入了淘汰期。

技術生長率為本年度申請專利數與過去5 年內專利申請總量的比值（技術生長率=本年度申請專利數/過去5 年內專利申請總量），通過該比值的增減判斷生姜相關專利的技術創新情況[31]。從圖2B 中可以看到，生姜相關的技術生長率處于0.037～0.421之間，在1998 年—2001 年間與2015 年—至今這兩個階段有明顯地下降，第一個下降階段的出現可能與該時期還處于萌芽期有關，該時期的技術仍處于初級開發階段，產品化較少；2015 年至今出現持續性下降，2020 年的技術生長率為0.104，表明在生姜相關專利技術蓬勃發展后，經市場淘汰，僅有少數較優的技術仍在發展。根據上文技術生命周期可知，生姜專利的發展目前可能進入淘汰期，而在經歷一段淘汰期后終將會迎來技術再發展，通常會出現新的技術發展方向，從而為生姜的發展提供新的研究方向。

圖2 生姜專利的技術生命曲線（A）與技術生長率（B）Fig.2 Technical life curve（A） and technology growth rate（B）of ginger patents

1.3 生姜專利技術領域分布分析

如表1 所示為生姜專利國際專利分類（International Patent Classification,IPC）分布情況，表中展示了專利數量較多的前10 類。生姜專利所屬的ICP分類號主要集中于A23L、A61K、A61P、A23F，這4 類專利申請數占總申請量的50%以上，以A23L 類別下的專利研發最為活躍，表明生姜的專利仍以食品、飲品的加工開發為主。A61K 及A61P 類別下的專利申請數占總申請量的21.81%，A61K 及A61P 類別下的專利主要涉及生姜中有效成分的提取分離、藥理作用等，其中，有關生姜揮發油提取物、姜酚及姜烯酚等部分研究性專利已轉化為醫藥和保健等實際產品。A23F 類別下的專利數量也較多，原因可能在于現代人越來越注重養生保健，藥食同源保健茶也逐步受到人們的認可和青睞，隨著人們養生觀念的改變，進而也促進了各種配方姜茶的研發。同時在檢索結果中，還有部分其他領域的專利，包括生姜優勢種植的方法、肥料、裝置等，并非生姜的衍生產品。總的來看，目前生姜的各類衍生產品主要以食品加工、飲品加工、提取物的加工利用、養生保健產品的開發為研究方向。

表1 生姜專利主要技術領域及各類專利數Table 1 Main technical fields distribution of ginger patents and the number of various patents

1.4 生姜專利申請單位分析

對生姜相關專利申請單位進行分析，專利申請數排名前10 的申請單位如圖3 所示，排名前10 的申請者的申請量總和為303 件，僅占總數的11.79%，且以企業為主，其中5 家公司均在安徽省，還有兩家公司所在地為江蘇省，均為經濟較為發達地區，剩余為3 所高校。前10 的機構有5 所在安徽省，推測可能與銅陵白姜為安徽省的地理標志性產品有關，能夠發現這些機構申請的專利大多為食品、茶飲、保健營養膏等產品，但大多為已失效專利。3 所高校所申請的專利大多為生姜中提取物的提取方法、提取物的藥用、生姜種植技術等，且大多仍處于實驗室階段，未正式投入生產使用。

圖3 我國生姜專利排名前10 位的專利申請單位Fig.3 The top 10 application institutions of ginger patents in China

生姜的主產區主要為四川、云南、貴州、山東等地，但通過申請人分析發現這些地區也有企業進行專利申請，但相較安徽省的申請較少，因而在之后的生姜產業發展時，這些主產地的各企業也應充分發揮資源優勢，將生姜資源轉變為更有經濟價值的衍生產品。

1.5 生姜國內專利分析小結

通過以上專利申請分析可以看出，生姜專利的申請總量在達到第一個申請高峰以后開始出現下降趨勢，截至目前為止，2021 年的申請數還不到50 件，最終2021 年度的總申請量較2020 年度總申請量是否能有一定增長還需繼續觀察。再結合技術生長周期及技術生長率分析，判斷生姜專利申請目前活力不足，可能進入了淘汰期，因而如何改善現狀，提高其專利申請活力是目前需要解決的問題。

為了加強生姜的產業化，促進生姜的天然資源優勢轉化為其產業優勢，提高其經濟價值，需要進一步對其資源分布、傳統醫藥應用及專利中的具體應用進行分析，探究生姜傳統產業的改造與新產業的開發方向。

2 我國生姜的資源分布與應用分析

2.1 生姜的品種分布

通過檢索國家知識產權局（https://www.cnipa.gov.cn/）及中國發展門戶網（http://cn.chinagate.cn/product/node_7178505.htm），得到生姜作為地理標志產品的分布情況，分為農產品地理標志與國家地理標志產品，如表2 所示。

通過表2 可以發現，有14 個省、直轄市都有生姜作為其地理標志性產品，品種多樣。山東省各市的生姜多為農產品菜用大姜。藥用小種姜主要分布在四川、貴州、云南、河南等地。四川犍為更是藥用姜的道地產區，除此以外，云南省的羅平小黃姜、貴州的小黃姜等也被廣泛用于醫藥領域。由此也可以看出，我國生姜資源分布區域廣、品種豐富，不論是菜用大姜還是藥用小種姜，均有多地種植。并且表中所列僅為地理標志產品，除此以外還存在許多其他品種，例如南姜、疏輪大肉姜、紅爪姜等[32?33]。

表2 生姜地理標志產品分布Table 2 Distribution of geographical indication products of ginger

由前文可知，目前生姜在全國各地均有種植，且不同地區的品種多樣，也有研究表明不同產地的生姜中姜辣素類等有效成分含量、揮發油含量、水分含量、營養類物質含量等[33]也不盡相同。胡文杰等[34]，對6 個不同產地生姜的精油進行提取后采用GCMS 技術測定其中化學組分并進行比較，結果表明6 個產地的姜精油含量與組成均有差異，云南的生姜含有生姜精油含量最高，山東昌邑含量最低。李智寧等[35]也對不同產地生姜、干姜的揮發油組分特征進行研究，結果也表明不同產地之間的差異較大。通過查閱歷代本草，藥用生姜以辛辣味強、筋少或無為佳?！侗静菥V目拾遺》[36]中單獨記載了“川姜”：“出川中，屈曲如枯枝，味最辛辣，絕不類姜形，亦可入食料”。表明當時人們認為四川產的生姜味最辛辣，作為藥用質量最好。目前作為主要產區的云南、貴州等地產的小黃姜、西林火姜等小種姜均肉質致密、辛辣味濃、筋少，適合作為藥用[37]。而人們日常生活中的菜用生姜多皮薄肉嫩、水分含量高、辛辣味適中，有效成分含量及功效不及藥用姜[38]。因而在對姜資源進行研究利用時要區分藥用姜與菜用姜，若以菜用大姜充當藥用，則會影響臨床療效。因此，應合理利用不同品種的生姜資源，對藥用姜、菜用姜的研究形成不同的側重點。

2.2 生姜的開發與應用

2.2.1 生姜的經典藥用 通過檢索“藥智數據庫”（https://db.yaozh.com/），可得到包含生姜的方劑共1814 首，例如“逍遙散”、“當歸生姜羊肉湯”、“小半夏湯”等。同時在2018 年國家中醫藥管理局會同國家藥品監督管理局制定并公布的《古代經典名方目錄（第一批）》中，收錄的包含生姜藥材的經典名方有27 首，例如出自《傷寒論》的3 首，為“旋覆代赭湯”“吳茱萸湯”和“真武湯”；出自《金匱要略》的5 首，分別為“桂枝芍藥知母湯”“黃芪桂枝五物湯”“半夏厚樸湯”、“橘皮竹茹湯”和“厚樸七物湯”。這些方劑多用于理氣、溫理、祛濕、解表、祛痰，治療風寒感冒、風寒客肺等癥。同時干姜作為生姜炮制后形成的藥材，具有與生姜不同的藥用功效，該經典名方中也收錄了9 首包含干姜藥材的名方?？梢娚案山幉淖怨乓詠砭褪桥R床常用中藥，在歷代中醫典籍中均有記載。通過檢索還可以發現包含生姜藥材的中成藥處方有158 種，有“香砂六君片”“感冒疏風顆?！薄奥榻w?！钡龋捕嘤糜跍乩?、解表散寒、祛濕化痰，在治療感冒、胃寒嘔吐等方面應用較為廣泛。

2.2.2 生姜的專利開發實例 通過檢索SooPAT 專利數據庫后，對得到的專利數據進行篩選，去除失效專利、生姜種植方法等非生姜衍生產品研究相關專利，整理得到相關有效專利有514 件，進而對具體的衍生產品實例進行分析，如圖4 所示，絕大部分為食品、茶飲類，占39.69%，醫藥保健類占12.65%，還有生姜提取物作為添加的生活用品類，占7.39%，提取方法及各類產品的工藝、方法相關專利共占37.94%，除此以外還有一小部分為生姜的炮制加工方法、生姜秸稈再利用的專利。

圖4 生姜衍生產品相關專利占比Fig.4 Proportion of patents related to ginger derivatives

分析專利內容可知，茶飲類大部分為含有生姜的配方茶、組合飲料、生姜提取物作為添加的飲料，例如速溶生姜固體飲料、發酵酒等，速溶生姜固體飲料采用姜汁及姜油樹脂代替生姜[39]，具有祛寒、暖胃等功效。食品類種類也較為豐富，多為含有生姜藥材或提取物的保健營養膏、果凍、糖、面包等健康零食等。

醫藥保健類專利大多為近3～4 年內申請的專利，專利大多為生姜內含有的姜酚、姜烯酚等主要資源化學成分的藥理作用研究，例如“一種生姜提取物在制備預防或治療胃癌藥物中的用途”[40]，利用的是生姜醇提物，優選6-姜酚，可抑制胃癌HGC-27 細胞的增值的藥理作用，從而達到預防或治療胃癌的作用。除此以外還有利用生姜中其他功效物質的藥理活性進行研究的專利，例如一種生姜多糖的抗腫瘤活性[41]、預防或治療糖尿病眼病的作用[42]等。

分析生活用品類專利可以發現大多為洗發護發用品專利，其余為護手霜、洗手液、果蔬保鮮劑、牙膏、清潔劑等產品發明專利。在洗發護發用品中，生姜多以提取物的形式添加其中，防脫發育發洗護品所體現出的作用是生姜的改善血液循環作用，促進了血液循環，使頭發得到血液滋養[43?44]。生姜中有效化學成分具有的抗菌、抗氧化、抗炎等藥理活性，也被相應地開發成去屑洗發用品[45?46]、保鮮劑和防腐劑等。

除以上幾類實用型產品專利外，還有部分專利為提取方法、加工方法、制作工藝等，為后續的產品開發提供了技術支撐。其中，有部分專利為姜的非藥用部位的利用，例如一種從姜葉中綜合提取葉蛋白和葉綠素的方法[47]；生姜秸稈中可溶性膳食纖維的提取方法[48]；從生姜加工副產物生姜皮中提取多糖和姜辣素的方法[49]；一種生姜秸稈基納米多孔炭及其制備方法[50]；以生姜藥渣為基材的四季護膚防疫生姜膏及其制備方法[51]等，表明姜植物的非藥用部位、藥渣等廢棄資源也開始被研究，具有一定的產品轉化價值，可促進姜資源的綜合利用。

3 生姜資源產業化發展前景與策略

生姜在我國應用歷史悠久，其食用、藥用價值深受百姓認可和喜愛，在大健康產業具有十分廣闊的應用前景。生姜種植地區分布廣，不同產區長期栽培形成了具有不同特色的資源品種，日常食用的生姜品種主要為肉質飽滿、水分含量高的大姜；而藥用姜主要為小種姜，有效成分含量較高。由于生姜品種的多樣性與差異性，其資源利用與產品開發也應根據不同品種而確定不同路線。結合專利申請來看，目前對生姜的開發利用集中在食品、飲品方面，而對生姜中含有的資源性化學成分的藥理活性研究及產品轉化相對較少，且不少專利與實際應用脫節，之后的發展中需要突破技術瓶頸，促進姜資源的有效開發利用。

3.1 合理利用資源，規劃食用、藥用開發方向

通過上文的分析可知，生姜的品種資源豐富，但不同地區的特色品種有主藥用或主食用的區別，結合專利的具體實例分析可得，目前生姜的衍生產品多為食品加工或飲品類。要做成食品或飲品需要具有好的口感，因而生姜的辛辣味不能過重，故可以采用皮薄肉嫩、辛辣味較淡的菜姜品種作為這類產品的原料，即可選擇山東產的萊蕪大姜、山農一號等。同時對于山東、安徽等主產菜用姜的產地，在姜采收后可以與當地企業合作，簡單加工為糖醋泡姜、姜蜜餞等即食產品；進一步可以進行榨汁或發酵處理，制成姜汁飲料或姜酒；還可制備生姜提取物作為添加，制成姜汁糖、姜味果凍、姜味面包等健康零食。專利檢索得到的姜衍生產品相關研究專利中，醫藥保健類、生活用品類也較多，而云南、四川、貴州等地所產的藥用姜辛辣味較濃，肉質緊實，其姜辣素類、揮發油類等主要有效成分含量也較高，因此更適合作為這些方面產品研發的原料。在醫藥類產品研發時，可對6-姜酚、10-姜酚在抗癌方面的作用[52?53]、6-姜烯酚在解毒方面的作用[54]等進行研究，針對性地開發相應藥物。同時注重生姜對胃腸疾病的治療作用，包含生姜的方劑有許多是治療胃部疾病的，因而可以利用生姜進行相關胃保護制劑[55]、止吐藥物[56]等藥的開發。在食品添加劑的研發方面，利用姜中的姜辣素、二苯基庚烷類等活性成分的抑菌、抗氧化作用，對防止肉制品、水果蔬菜等食品腐敗的保鮮劑進行研究[12]，其中，某些組分可以作為天然的防腐劑[57]。藥用生姜還可在炮制后得到干姜藥材，再由干姜藥材形成新的產品群。從食用或藥用生姜的姜酚類化合物的提取物，都可以考慮開發具有不同功能的飼料[58]。

3.2 積極實現成果轉化，優化發展方向

在對生姜相關專利的檢索過程中可以發現，有不少專利還處在實驗室研究階段，未能在生產實踐中轉化應用。目前較多的專利申請僅僅是作為一種保護知識產權的手段，但專利的最終目的應該是為實際應用做出貢獻，推動姜資源產業化的發展。因此，需要積極推動高校、企業的研究成果與實際生產的企業進行對接，實現成果轉化。要控制專利申請的質量，加大對高質量研究專利的轉化力度，例如一些組方制劑、生姜中6-姜酚對抑制胃癌作用的研究、生姜中6-姜烯酚的解毒作用研究等，將實驗室研究成果進一步研究完善，實現產品化。

在專利檢索過程中也發現了有不少專利相似度高，創新性不足。因此，需要嚴格控制專利申請的質量，淘汰過剩產業，優化生姜研發方向。目前由專利可知，生姜在食用、農業方面的研究較為成熟，在這些領域進行創新有一定的難度，因而以轉化應用、提升質量為主。隨著現在人們對養生保健、健康意識的增強，可以加大對藥用姜的有效成分、多糖等的藥理活性的研究力度，深入研究其藥用保健的價值，加大保健酒、保健枕、泡腳粉、營養代餐粉等產品的研究力度。通過檢索得到的專利發現，現在已有小部分對生姜非藥用部位進行研究利用的專利。且也有研究表明，生姜莖葉含有豐富的營養成分，與苜蓿干草的成分相似，可作為優質粗飼料資源用于反芻動物生產[59]。王宗成等[60]對生姜莖葉中黃酮類化合物的提取方法進行優化，并對其抗氧化活性進行研究，為莖葉的利用提供了參考。而產地在生姜收獲后，大量莖葉多就地廢棄，資源浪費嚴重。為充分利用姜資源，應加強對其廢棄莖葉的應用研究，全面分析其可利用的資源化學成分、營養類成分，評估其加工為動物飼料、生物炭的利用價值，減少資源浪費與土地污染，促進姜資源的全面可持續發展。圖5A、圖5B 為姜資源的利用途徑。

圖5 姜資源產業化策略圖Fig.5 Ginger resource industrialization strategy diagram

4 結語

本文對生姜相關專利及目前主要品種與應用進行分析，對生姜目前產業化發展進行了闡述。從目前的發展來看，有關生姜的開發應用及專利申報發展趨勢可能進入了一個衰退期，但每年仍有一定的高質量研究成果。因而找準生姜產業在大健康產業的發展需求和定位，加大以生姜為原料的功能性健康產品研發，通過科技創新驅動生姜產業的全值利用、梯次利用、循環利用，激發生姜資源產業的活力，提高生姜產業的經濟效益，進而促進生姜生產地區的經濟發展與振興是目前的重點。

生姜地方品種繁多，食用及藥用歷史悠久，市場潛力巨大，需要結合不同地區的品種特色，開展藥用、食用生姜的生產區劃，并根據品種特點有針對性地在食品、飲品、保健品、藥品、化妝品及生活用品等方面進行研究，優化原有的發展領域，開發新的領域。同時要促進高校、科研院所、企業與生產種植基地的密切合作，推動生姜產業基礎及應用方面研究及成果轉化，充分發揮其在鄉村振興中的作用。總而言之，要充分利用我國的自然資源及人文歷史的優勢，發揮生姜的食用與藥用價值，提高姜資源的經濟價值，謀劃生姜全產業鏈，推動姜資源的高質量可持續發展。