活性乳酸菌饮料专利技术分析及发展建议

李莺，马顺，赖艳娜

（国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广州 510700）

0 引言

活性乳酸菌饮料是一种含有活性乳酸菌的饮料，属于发酵型酸性乳饮料，通常是以鲜乳或乳粉为原料，经杀菌、冷却、接种乳酸菌发酵剂培养发酵，然后适当的稀释、调配非经杀菌制成。活性乳酸菌饮料含有的乳酸菌可沿着消化道到达肠道，并在肠道内迅速繁殖，产生乳酸，从而有效抑制腐败菌和致病菌的繁殖和成活，调节人体肠道菌群。在我国乳饮料市场中，活性乳酸菌饮料的优势越来越强，但所占比例仍然较低，产品品质参差不齐，我国活性乳酸菌产业的科技支撑体系仍然需要进一步发展和完善。本文从专利申请角度，对活性乳酸菌饮料的相关专利申请现状、发展趋势和技术特点进行统计分析，希望为我国活性乳酸菌饮料研发和生产的相关企业和个人提供有益参考。

1 检索资源及检索方法

本文使用国家知识产权局专利局专利检索与服务系统（S系统）中的VEN数据库进行检索，并结合Patentics专利数据库进行去噪、分析，其中VEN数据库是由DWPI数据库和SIPOABS数据库组成的虚拟数据库，涵盖了两个外文摘要数据库的全部数据和全部字段，其中SIPOABS收录了自1827年至今共97各国家和组织的专利文献，DWPI数据库收集了最早为1960年的约45个国家和组织的专利文献。在VEN数据库中，采用乳酸菌饮料、发酵乳饮料等中英文关键词与分类号A23C9/12、A23C9/13、A23C9/14、A23L2进行相与，去噪后获得统计分析的专利申请样本共274件，均属于发明专利，检索日期为2017年7月10日。受专利申请公开日的影响（未申请提前公开的发明专利申请在申请日18个月后才公开），专利数据库数据收集和录入的延迟性，以及专利数据库进行数据分析存在的误差，本文统计分析得到数据仅供参考。

2 活性乳酸菌饮料相关专利申请情况

2.1 申请量趋势

根据全球专利申请量走势分析，乳酸菌饮料全球专利申请量趋势主要分为3个时期，各时期划分以专利申请量增长率的变化为准，如图1所示。

图1 活性乳酸菌饮料全球专利申请量趋势图

（1）萌芽期（1966-1986年）。这一时期，全球申请量共23件，每年的专利申请量只有0-5项，由于乳酸菌饮料是第二次世界大战后由日本研制出来的乳饮料，该时期的申请人集中为日本企业，包括养乐多、可尔必思、明治等知名日本乳制品企业。活性乳酸菌饮料是从传统的发酵乳发展而来的，法国巴斯德关于发酵作用的研究持续了20年（1857年-1876年），使人们认识了乳酸菌及其在牛奶发酵过程中的作用，后来人们认识到乳酸菌在肠道内的功效，逐渐研制出了活性乳酸菌饮料。专利申请中，活性乳酸菌饮料（Beverage containing living Lactic acid bacilli）这一概念最早出现在养乐多于1969年7月日申请的专利GB1157135[2]中，其主要内容是将该小球藻自溶提取物用于牛奶发酵以加速乳酸菌的增殖、并延长乳酸菌的寿命，可见养乐多最早的研究关注活性乳酸菌饮料中乳酸菌的数量以及存活情况。这一阶段的申请虽然较少，然而部分申请专利价值高，是后续研究的基础，比如养乐多申请的专利JPS57144980[3]开发出了干酪乳酸菌菌株YIT-9029，该菌株具有优良的繁殖性能、耐酸性等生存能力以及口感，成为后来风靡全球的活性乳酸菌饮料养乐多或者益力多产品的微生物基础。

（2）平稳发展期（1987年-2002年）。这一时期的专利申请量平稳增长，共有55项专利，日本仍然稳占主导，共有45项专利，俄罗斯及前苏联共有3项专利申请，我国有4项专利申请。我国活性乳酸菌饮料专利申请的从无到有，与人们生活水平的提高、营养观念的改变密切相关，需求的旺盛刺激了乳制品业的发展，国内的几家乳制品龙头企业伊利、蒙牛、光明等也均是在这一时期成立，但这些企业在这一阶段并无相关申请，申请人是国营企业、研究所和个人。最早的相关国内专利申请CN 1047794[4]出现在1989年，申请人是北京市营养源研究所。

（3）快速增长期（2003年至今）。从2002年起，活性乳酸菌饮料的申请量进入迅速增长阶段。如图2所示，该阶段的申请量迅速增加的原因主要是2005年开始我国关于活性乳酸菌饮料的研究和专利申请激增，我国在该阶段共有117项国内申请，占该阶段总申请量（196件）的59.7%，这与我国乳制品业的迅速发展、乳品研究团队创新能力的提高以及企业知识产权意识的增强有关。伊利、蒙牛、光明等国内知名乳制品企业均在这一时期申请了若干专利，并相继在市场上推出活性乳酸菌饮料，如伊利每益添、蒙牛优益C、光明畅优等。在这一时期，国外的专利申请量在前几年有较大增长，而在后续几年申请量有所回落，2016年统计的国外申请量为0与国外申请通常未提前公开而不能检索到的原因有关。

2.2 区域分布

数据显示，中国、日本、欧洲国家的专利申请量位列全球前3位，而这三个地区专利申请量之和占全球总申请量的97.8%（图3）。

图2 1989年以来国内外活性乳酸菌饮料专利申请量变化趋势比较

图3 活性乳酸菌饮料全球专利申请区域分布

日本申请量居世界第一，申请总量占全球总申请量的44.9%。日本作为活性乳酸菌饮料的发源地，同时作为最大的肠道健康乳品市场，消费者对乳酸菌有着充分的认知，活性乳酸菌饮料专利申请量稳步增长。众多日本乳制品企业对活性乳酸菌饮料展开了多角度、多层次的深入研究，着力于提供具有较强保健功效、货架期较长、风味口感好同时生产成本得到控制的活性乳酸菌产品。自2007年7月起，活性乳酸菌饮料作为有特定保健功能（foods for specified health use,FOSHU）的产品在日本销售，这也进一步刺激日本活性乳酸菌饮料行业的发展。

中国申请量居全球第二，申请总量占全球总申请量的44.2%。在中国，乳酸菌饮料虽然起步较晚，但21世纪以来中国乳制品行业的迅猛发展，国家对乳制品业出台了众多支持政策，加上乳酸菌促进健康观念的普及，活性乳酸菌饮料的相关专利申请快速增长。

从整体来看，活性乳酸菌饮料的研究集中在亚洲，包括日本、中国及中国台湾省、韩国等，此外，活性乳酸菌饮料类产品也在亚洲风靡。由于发酵乳源自于欧洲，在欧洲对活性乳酸菌饮料也有一定的研究。至于美国，作为重要的专利申请大国，其在活性乳酸菌饮料领域申请量非常小，这与美国居民的消费习惯有关，美国人习惯通过保健品胶囊、片剂等方式而非乳制品的方式摄入益生菌。

2.3 申请人分析

通过主要专利申请人分析可知，排名前8的申请人均为中国和日本企业，其中4家为中国企业，4家为日本企业（表1）。

表1 活性乳酸菌饮料领域全球主要专利申请人

日本养乐多株式会社是全球申请活性乳酸菌饮料相关专利最多的企业，也是全球最早申请该类专利的企业，其创业于1935年，设立于1955年，拥有80多年生产和销售发酵型乳制品的历史，是目前世界上最大的生产和销售发酵型活性乳酸菌的制造商之一。今天，养乐多已经在全球38个国家和地区销售，日销量达3500万瓶。对于养乐多在中国发展的历史，其1964年和1969年分别进入中国台湾省和中国香港，2002年，养乐多集团开始在中国大陆地区生产和销售活菌性乳酸菌饮品，目前中国（除港澳台）市场在养乐多全球市场份额中的占比超过10%，成为最具生命力和发展潜力的地区，现在中国（除港澳台）每天约有500万消费者饮用。养乐多在活性乳酸菌饮料领域提出的专利申请共有25件，其中8件涉及产品货架期的延长，7件涉及添加活性乳酸菌饮料风味口感以及保健功能的丰富，5件涉及增加饮料中活菌数或者提升乳酸菌在肠道的存活率，4件涉及基础菌种，2件涉及乳酸菌饮料制备方法的改进。养乐多在活性乳酸菌饮料领域专利申请上的领先地位与其搞研发投入密不可分，养乐多中央研究所是养乐多企业的核心，研究所拥有近300人的强大研发团队，每年公司销售总收入的3.5%用于研发投入[5]，2017年养乐多在研发上的投入约合6亿人民币，高投入有力地支持研究深入并充分扩展研究领域，获得相应的技术成果，并通过专利申请获得理想的专利保护范围。养乐多成立几十年长盛不衰，其重视研发、强调健康的企业文化和理念值得我国乳制品企业学习。

中国的乳制品龙头企业伊利、蒙牛、光明专利申请数量均列于前四名，可见中国对于活性乳酸菌饮料的研究虽然起步晚，但是近年来研究活跃。

3 活性乳酸菌饮料专利申请技术主题分析

综观活性乳酸菌饮料的专利技术，主要涉及4大类：一类涉及菌种的研究，包括菌种的筛选、优化以及这些菌种功能的研究等，以获得适于制备活性乳酸菌饮料的基础菌；一类涉及产品货架期的延长，包括提高产品稳定性，防止分层沉淀，防止产品在贮藏期间由于乳酸菌继续发酵酸化而带来的口感变劣，以及防止杂菌污染等；一类主要涉及活菌数量增加，包括增加产品活菌数量、贮藏期间活菌数量的保持以及通过配方以及工艺等增强活菌对胃肠道坏境的耐受性；另一类涉及产品功能以及风味口感的改善和丰富。其他的专利申请则有涉及生产工艺的优化、生产成本的降低等，例如简化工艺、降低污染、缩短发酵时间、快速实现乳酸菌增殖等（图4）。

图4 国内外活性乳酸菌饮料专利申请技术领域分布

3.1 菌种研究

菌种是制备活性乳酸菌饮料的基础，也是活性乳酸菌饮料的技术难点，全球共有26件相关申请，其中我国专利申请8件，国外申请18件。关于菌种的研究，主要集中在筛选获得具有高耐受性（耐胃酸和胆汁等）、发酵产物风味口感良好、安全、易培养增殖、不易污染和退化的菌种，同时专利申请也关注这些菌种的保健功能研究，如预防肠炎、减少食物中毒、增强免疫功能、抗癌、降低血清尿酸水平等。日本对该类菌种的研究走在前列，如雪印（SNOW BRAND）提出的专利申请JP2011177049[5]，其研究发现了新的菌种Lactobacillus helveticus SBT0621(FERM P-21883)，其可以提高活性乳酸菌饮料的稳定性、减少层析；如养乐多（Yakult）提出的专利申请WO 2007010977[7]，其提出了一种新型双歧杆菌，该双歧杆菌具有幽门螺杆菌的除菌作用，并可在好氧条件下保存于发酵乳饮品中，具有较高的存活性。我国对菌种的研究虽然起步晚，但是也有一部分优质的申请，如江南大学的申请的专利CN 105002112[8]，其公开了一种具有高产乙酸乙酯的植物乳杆菌（CGMCC No.10342）及其应用，该菌种具有良好的耐酸性、耐胆盐能力，并且细胞内乙酸乙酯合成能力强、分解能力弱，用于活性乳酸菌饮料等可以有效提高产品中的乙酸乙酯含量，改善产品感官品质。综合来看，基于活性乳酸菌饮料对活菌能够达到肠道的要求，专利申请中用于活性乳酸菌饮料的乳酸菌主要是耐酸性较强的双歧杆菌、干酪乳杆菌、植物乳杆菌等菌种类型，区别于酸奶制备常用的菌种。

3.2 延长产品货架期

活性乳酸菌饮料由于存在大量继续产酸的乳酸菌，在产品的保质期内产品的酸度不断上升、pH值不断下降，活性乳酸菌饮料中的酪蛋白处于高度不稳定状态，容易发生分层和沉淀现象，从而影响到产品的稳定性，因此产品的贮藏稳定性是活性乳酸菌饮料开发的技术难点。经过对目前专利申请的分析，涉及稳定性研究的专利有66件，我国的专利申请有11件，国外申请55件，其中日本专利申请50件。根据其具体解决的问题以及技术手段的类型分类，主要包括以下技术分支：

3.2.1 防止分层、沉淀现象

专利申请中，常用的防止活性乳酸菌饮料分层、沉淀的方式包括：（1）添加稳定剂。提高活性乳酸菌饮料稳定性最主要的手段是适当添加稳定剂，常用的稳定剂有食用胶类（果胶、黄原胶等）、多糖类（红藻多糖、大豆多糖等）、纤维素类以及乳化剂（聚甘油三酯等）等，这些成分通过增稠或者乳化作用来达到稳定的效果。典型的专利申请如养乐多（Yakult）于1998年申请的专利JPH 11225669[9]提供了一种生产酸性乳制饮料的方法，该饮料具有稳定的性质，在产品贮存期间很少出现沉降或乳清分离，发明点在于使用了水溶性半纤维素（如大豆多糖等）作为稳定剂加入并进行均化，通过该方法获得的酸性乳饮料相对于使用果胶、CMC等稳定剂黏度较低，没有不良糊状口感。除了常规的稳定剂成分，也有专利应用一些特殊的成分来制备活性乳酸菌饮料稳定体系，如伊利申请的专利

CN 106550991[10]，将赤藓糖醇用作维持乳酸菌饮料货架期内组织状态的稳定剂，当赤藓糖醇用于无糖活性乳酸菌饮料时，原料中仅需添加少量传统的常规稳定剂。此外，也有专利使用褐藻酸（JPH 01281033[11]），三糖、四糖或者戊糖与氨基酸的反应产物（JPS5618170[12]）等来达到稳定的效果。（2）改进生产工艺。通过改进生产工艺来提高活性乳酸菌饮料的稳定性，这类技术方案通常不使用稳定剂或者使用较低用量稳定剂。例如CN 105918457[13]提供一种高稳定性非活菌型褐色乳酸菌饮品的制备方法，在脱脂乳粉水合过程中加入蛋白酶，进行生物酶解反应，然后加入葡萄糖进行美拉德反应，反应后经过发酵、辅料调节等过程最终制得乳酸菌饮品，乳酸菌饮品中颗粒物的平均粒径控制在700～900 nm范围内，解决了非活菌型褐色乳酸菌饮料在保质期内析水、沉淀等稳定性问题，减少稳定剂的添加。WO 2007055089[14]通过将聚右旋糖和特定的糖类物质添加到酸性乳饮料中并使其满足预定的条件，能够得到品质稳定性等同于使用了增稠稳定剂时的风味良好的酸性乳饮料。（3）使用特定菌种。通过使用特定菌种来增强活性乳酸菌饮料的稳定性，如JPH 04252176[15]使用了菌种Lactobacillus strain No.14，该菌种能够在繁殖的同时产生黏质多糖，该多糖能够作为稳定剂防止乳清析出等，使产品无需额外添加稳定剂即能保持稳定。

3.2.2 减缓保质期内酸度的变化

专利申请中，减缓保质期内酸度变化的技术手段主要包括：（1）通过生产工艺的改进来抑制产品的酸度或pH值随着时间推移上升或者下降，使产品能够长期保持适度口感。如明治申请的专利WO 2011083776[16]，其通过采用比以往发酵工序最适温度更高的温度来进行发酵，可在几乎不增加发酵时间的情况下抑制发酵乳含有物在冷藏保存中酸度的上升。（2）通过使用产酸较少的菌株来抑制产品的酸化。如日本雪印申请的专利JPS52151761[17]使用菌株Lactobacillus jugurti strain M 13发酵获得的乳酸菌饮料酸度能够保持恒定，且可保持乳酸菌活菌数量不下降。

3.3 增加活菌数量，提高乳酸菌在加工、贮存以及消化道中的存活率

对于活性乳酸菌饮料，益生菌能够顺利到达人体肠道、在人体肠道内的存活和增殖是至关重要的，然而乳酸菌营养要求高且无芽孢、对外界抵抗力差，在加工、贮存以及消化道中菌体容易衰亡，因此提高饮料中的乳酸菌活菌数、并将活菌数量始终维持在较高水平也是活性乳酸菌饮料研究的重点和难点。在该技术分支，全球共有35件相关专利申请，中国专利申请共16件。目前增加乳酸菌饮料中活菌数的主要技术手段是：（1）添加乳酸菌增殖促进剂，如养乐多于2000年申请的专利WO 0110233[20]，其提供包括培养乳酸菌工艺在内的发酵乳饮料的制造方法，其中的培养乳酸菌工艺采用含有选自生姜提取物、茶类提取物、葱提取物、油酸或其衍生物的1种或2种以上乳酸菌增殖剂的培养基，从而提供可较好维持乳酸菌存活状态的、保持较高菌活性的发酵乳饮食品；（2）添加菌种保护剂，如伊利于2014年申请的专利CN 103843894[21]，其提供了一种保持酸奶或活性乳酸菌饮料中活菌数的方法，其通过在酸奶或活性乳酸菌饮料中添加红景天来提高乳酸菌的存活能力；（3）其他方法，包括添加包埋乳酸菌、控制发酵条件等方式使菌种能够在较长时间内存活，如甘肃省科学院生物研究所于2014年申请的专利CN 103766486[22]，其通过在发酵乳饮料中添加双歧杆菌包埋珠来提高双气杆菌存活率。

3.4 特定风味口感和保健功能产品

在活性乳酸菌饮料中添加不同风味营养物质或者功能成分，制造出新型活性乳酸菌饮料品种是产品开发的趋势之一，这些成分的加入将极大地丰富和满足活性乳酸菌饮料制品市场，并以特殊的风味给人们带来新的味觉体验，以特定功能特性满足特殊人群的保健需求。特定风味、营养或者保健功能的活性乳酸菌饮料产品这一技术分支的相关专利申请最多，全球共有112项相关专利申请，占全部申请总量的40.88%。

中国专利申请中大部分属于这一技术分支，共有74件，占中国专利申请总量的59%。中国专利申请集中在这一技术分支的原因一方面在于市场需求，另一方面在于这类专利的技术门槛相对较低。由于将风味成分保健功能物质与活性乳酸菌饮料相结合的技术构思是已有的，国内申请通过在饮料制备过程中添加新的风味或者保健功能成分可比较容易地获得一种新的活性乳酸菌饮料产品。然而，如果仅仅是提供一种新的产品而未解决相关技术难题，这样的申请技术含量较低，较难获得授权；也有部分国内申请在添加新的成分的同时，关注到新物质添加到活性乳酸菌饮料中所面临的稳定性、口感等技术难题，并通过方法的改进、稳定剂的使用等相结合来解决这些技术难题，这样的申请通常具有一定的创造性高度，容易获得授权，例如伊利提出的专利申请CN 102511549[18]，其提出一种添加茶粉的褐色活性乳酸菌饮料及其制备方法，该专利申请发现茶粉作为一种碱性成分添加到酸性的活性乳酸菌饮料中产品会很快出现明显水析、分层现象，且茶粉在饮料中大部分是沉淀的，如果采用传统饮料中通过提高饮料黏度来悬浮茶粉的方法会使饮料口感不清爽，此外还发现茶粉在p H 3.7以下其功能成分容易失活等，该专利申请通过将茶粉置于结冷胶与果胶的水溶液中特定处理，将茶粉中活性成分保护起来，结合饮料的配方和控制合理的生产工艺，克服了茶粉添加对褐色活性乳酸菌饮料的不良影响。

日本也在该技术分支提出了21件相关专利申请，相对于国内申请，日本申请通常会关注并解决新成分添加所带来的稳定性、不良风味口感等技术问题。如养乐多在2001年申请的专利JP2002204656[19]，其提供了一种富含DHA和EPA并且没有鱼腥味和苦味的发酵乳饮料，其通过添加使用奶油香精和桃香精来掩盖鱼油所带来的鱼腥味和苦味。

4 我国专利申请现状分析以及研发建议

通过上述专利申请数据分析可知，从数量上看，我国专利申请量增长迅速，仅次于日本居世界第二。但从技术上来说，我国大多数的专利集中在产品类型的丰富，如通过简单添加风味营养成分或者功能物质来丰富活性乳酸菌品种，这类专利产品易被替代，专利价值较低，我国活性乳酸菌饮料相关专利申请在质量上与日本存还在较大差距。我国专利申请质量较低的原因在于：一方面，国内大多数企业重宣传而轻研发，更多产品是利用活性乳酸菌饮料这一概念做宣传，而对研发的力度支持不够；另一方面，国内乳制品企业开发的乳制品产品种类众多，包括纯牛奶、配制乳、发酵乳、奶粉、冰淇林等，活性乳酸菌饮料只是其中的一种，活性乳酸菌饮料研发力度有限，远远不及益力多这类日本几十年来专注做肠道健康类发酵乳制品的传统企业。在国内活性乳酸菌市场中，虽然我国市场上出现了各种各样的益生菌产品，但是在数量和质量上与养乐多等世界一流企业的产品仍然存在差距，益力多、养乐多、味全等日本或者我国台湾省企业的产品仍然占据了主要的市场份额，我国乳品企业要在竞争中获得优势，需要开发出具有自主知识产权的高价值产品。通过对相关专利技术的分析，笔者认为国内乳品企业可将以下几个方面作为重点研发方向：

（1）筛选分离适于活性乳酸菌饮料制备的具有自主知识产权的优良乳酸菌菌种。菌种是活性乳酸菌饮料研发的基础，以日本养乐多为例，其通过筛选乳酸菌，并对乳酸菌的功能作用做了大量的研究，为产品的宣传和市场的占领打下了坚实的技术基础。

（2）提高稳定性、保持产品活菌率的研究，由于我国幅员辽阔，产品从生产地到消费地的时间较长，在不具备冷链条件的广大农村地区，活性乳酸菌产品难以进入，或者即使进入产品并不能保证活性和功效，因此开发出具有较长保质期的活性乳酸菌产品是继续研究的方向。

（3）开发能够得到消费者认同并具有良好风味或者功能的产品仍然是可研究的方向之一，可以通过添加风味营养成分或功能物质来获得，但是在添加这些成分的同时，应当关注和解决添加这些成分所带来的技术问题，如添加新的物质所带来的产品稳定性的问题，使产品能够真正走入市场能。

5 结束语

近十多年，我国关于活性乳酸菌饮料的研究非常活跃，专利申请量增长迅速，在全球范围内，我国的专利申请量仅次于日本居全球第二。从申请人来看，养乐多株式会社、伊利、蒙牛、光明申请量排名前四，其中伊利、蒙牛、光明均为我国知名乳制品企业，说明我国乳制品企业已经有较强的专利意识，对活性乳酸菌饮料的研发较为重视。从技术领域来看，我国专利申请主要集中在特定风味口感和保健功能产品的开发，相比日本等发达国家，关于菌种、体系稳定性、饮料酸化等研究的基础专利和核心专利较少，专利技术易被替代，有必要加强基础研究。随着消费者认知度的提高，活性乳酸菌饮料等益生菌产品的市场前景非常看好，提升空间亦非常广阔，要使我国活性乳酸菌饮料等益生菌产业发展壮大，对于我国乳企来说，应当学习日本养乐多等的企业文化和理念，增强知识产权意识，不断提升企业的自主知识产权核心技术创造能力，形成“科研创新-经济利益-科研创新”的良性循环。