食品安全快速检测技术的专利文献计量研究

张 南

（北京工商大学图书馆，北京 100048）

俗话说：“民以食为天，食以安为先”。食品安全关乎国计民生，是事关人民健康和构建和谐社会的重大战略问题[1]，近年来我国的重大食品安全事件屡见不鲜，因此食品安全检测技术在保障食品安全方面起着越来越重要的作用。目前，国际上食品安全检测技术呈现两个发展方向：一是传统实验室检测向设备日趋精密、检测限量逐步降低的方向发展；二是现场检测技术向技术速测化、装备便携化的方向发展[2]。依赖于大型仪器的实验室分析检测技术如质谱、色谱具有准确、可靠的优点，但存在着周期长、专业性强、费用高等不足，难以及时、快速地监控食品的安全状况，不适合进行大量样品的筛选；因此，简单快速的检测技术具有广阔的应用前景[3-4]。国际标准化组织（International Standardization Organization，ISO）将快速检测方法描述为具有能够满足用户适当需求的性能，具有缩短分析时间、易于操作或者可以自动操作、小型化、降低检测成本等优势的替代方法[5]。自2015年10月1日起施行的修订后的《中华人民共和国食品安全法》[6]中第一百一十二条中明确规定了“县级以上人民政府食品药品监督管理部门在食品安全监督管理工作中可以采用国家规定的快速检测方法对食品进行抽查检测”。目前，食品安全快速检测技术得到了飞速发展和广泛应用，也是食品安全领域的研究重点，但是对食品安全快速检测技术的专利文献情报研究几乎空白。为此，本文对食品安全快速检测技术领域相关专利进行分析，客观揭示技术发展态势、梳理技术发展脉络、分析主要原创技术的全球专利布局、挖掘前沿研究热点等；并通过分析在华专利，深度透视我国在食品安全快速检测技术领域实施技术创新所面临的国内外形势和存在的问题。以期为相关部门和科研人员制订食品安全快速检测技术领域相关战略及把握科学研究方向提供依据和参考[7]。

1 数据来源与检索方法

1.1 数据来源

本文是基于德温特专利数据库[8]（D e r w e n t innovations index，DII）和DI分析平台中的德温特世界专利索引（Derwent world patents index，DWPI）数据库进行的检索式设计、数据提取与简单数据分析工作。

DII将DWPI[9]与专利引文索引加以整合，数据每周更新，提供全球专利信息。它收录了来自世界各地超过52 家专利授予机构提供的增值专利信息，涵盖3 411多万个同族专利（截止到2017年7月），每条记录除了包含相关的同族专利信息和专利引用情况，还包括由各个行业的技术专家进行重新编写的专利信息[10]。

DI拥有全面的数据源，整合了全球90多个国家或地区专利授予机构的专利数据，对其中接近50 家专利机构的专利数据进行人工编辑和改写[11]。内嵌在其中的专利地图可以宏观呈现整个技术领域的布局、不同国家/机构间的技术侧重以及不同时期的技术分布等。

1.2 检索方法

在DI数据库中，数据集合选择：全部；检索式：TI（标题）＝（RAPID or fast or quick* or kit）AND CTB（标题/摘要/权利要求）＝（FOOD* or Agriculture ADJ product） AND TI＝（DETECT*）。本文数据分析工具采用科睿唯安公司的DDA[12]软件。由于专利申请到专利公开有18 个月的滞后期，使得大量专利还处于未公开状态，所以2016年以及之后数据仅供参考[7]。

2 食品安全快速检测技术的专利文献计量结果

2.1 技术发展态势

专利申请趋势是技术研发态势的重要参考指标[13]，图1中申请总量曲线表示了食品安全快速检测技术领域专利申请量随时间的变化情况。截至2017年6月28日，按专利申请号归并共检索到相关技术专利4 615 项，专利申请的时间跨度为1970—2017年，共47 年。第一项关于食品安全快速检测技术的专利申请出现在1970年3月23日，由Armourand Company公司的Heck和Hill提出（公开号：US3704204A）[14]，具体内容是关于利用新型培养基进行沙门氏菌快速检测，利用此技术可以使原来需要3～5 d才能完成的检测缩短至24 h。从此至2000年以前为食品安全快速检测技术的萌芽期，专利年申请量均在100 项以下，这个时期专利申请量波动性大，技术研究很不稳定。

图1 专利申请总量及前十位主要国家/地区专利申请数量自1970—2016年的变化情况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

从1970年开始，总共有41 个国家/地区申请了关于食品安全快速检测技术领域的专利，专利数量排名前十的国家/地区依次为：中国、美国、世界知识产权组织、日本、欧洲专利局、韩国、澳大利亚、加拿大、德国和印度。其中，中国以2 423 项专利明显领先于其他国家/地区，排名首位，值得注意的是，DII数据库中包含了中国的实用新型专利信息，提高了中国的专利数量[15]。前十位主要国家/地区专利申请数量随时间的变化情况如图1所示。我国关于食品安全快速检测技术的专利申请起步于1987年，之后申请量呈上升趋势。从2007年开始全球关于食品安全快速检测技术的专利申请一半以上来自中国，这与2008年奥运会在北京举行和抗震救灾需要大量食品安全快速检测技术刺激相关。由于专利申请到专利公开有18 个月的滞后期，相信2015年施行的修订后的《中华人民共和国食品安全法》会引起我国食品安全快速检测技术方面专利申请的新增长。

但值得注意的是，全球关于食品安全快速检测技术的4 615 项专利申请中，授权1 548 项，授权比例为33.54%。美国申请专利468 项，授权243 项，授权比例为51.92%。中国申请的2 423 项专利中，仅有686 项授权，授权比例仅为28.31%。虽然我国这些年在专利申请上已经取得一定的成就，我国食品科技工作者的科研成果在国际上也得到不断重视，但是通过专利授权比例表现出的专利质量方面应给予更多的关注和提高[16]。

2.2 主要原创技术国家/地区及全球重要技术布局市场分析

所谓专利优先权是指申请人在一个国家第一次提出申请后，可以在专利法规定的期限内就同一主题向其他国家申请保护，这一申请在某些方面被视为是在第一次申请的申请日提出的[17]。通常而言，专利申请机构会在本国就其发明创造第一次提出专利申请，所以对专利申请的优先权地域分布进行分析，可以反映国家/地区的原创技术实力[7]。专利申请国家/地区体现了所涉及的技术未来生产和销售的目标市场，对一些核心专利技术在重要国家和市场进行专利布局，可以增强对潜在市场的占有和控制，最大程度维护自己的相关权益。

表1 前10 位主要专利申请国家/地区的专利申请量Table1 Number of patent applications from top10 major patent applicant countries/regions

表2 前10位主要原创技术国家/地区及全球的重要技术布局市场Table2 Important technical layout markets worldwide of top10 countries/regions with the largest number of original technologies

为了体现主要原创技术国的全球专利布局情况，利用DDA软件进行了优先权国家/地区和申请国家/地区的共现矩阵分析，统计结果如表1、2所示：全球关于食品安全快速检测技术的4 615 项专利申请中，共有来自37 个优先权国家/地区和41 个专利申请国家/地区，也就是说全球有37 个关于食品安全快速检测技术的原创国家或地区，这37 个国家或地区对未来生产和销售的41 个目标市场（国家或地区）进行了专利布局。其中，美国拥有892 项优先权专利，但是只有468 项本国专利申请，在中国、日本、韩国、加拿大甚至巴西、墨西哥、越南等24 个海外国家/地区拥有专利申请。日本和德国与美国相似，专利申请量要远远低于其优先权量，却在多个海外国家/地区进行了专利布局。表明美国、日本和德国专利权人更倾向于海外专利申请，暗示他们在食品安全快速检测技术领域的技术输出和境外布局较为活跃[18]。反观中国和韩国的专利申请量大于优先权量，中国仅在美国、世界知识产权组织、欧洲专利局有海外专利申请，韩国仅在日本、美国、世界知识产权组织、欧洲专利局和澳大利亚进行了海外专利布局。表明虽然这些国家的技术研发实力较强，但更关注于本国技术市场，倾向于本土专利布局的战略[18]。这也从一个侧面反映该国缺乏海外专利布局战略意识。另外，英国、爱尔兰和法国也具备较强的技术原创实力，澳大利亚、加拿大和印度也为重要的专利布局国家。

2.3 主要专利权人分析

表3利用DDA软件统计了1970—2017年间全球食品安全快速检测技术专利申请量排名前十位的机构概况，可以反映出申请食品安全快速检测技术专利的活跃机构，以及该技术的集中与垄断程度[19]。从机构类型来看，企业和高校是目前食品安全快速检测技术研发的重点。专利申请量排名前十位的机构中国占据5 席，但结合核心国家指标则看出中国专利均为本土申请专利，这也从侧面反映我国技术研发实力强，但缺乏海外专利布局战略意识。从近3 年专利申请量占总申请量的比率来看，高校普遍高于企业，其中江南大学最高，达到29%，体现出其强劲的创新力和综合竞争实力。

为了能够更好地体现机构的重点和核心技术，对专利的国际专利分类（international patent classification，IPC）号进行统计，《国际专利分类表》是目前惟一国际通用的专利文献分类和检索工具[20]。从专利申请数量和涉及的研究机构数量来看，关于酶或微生物的测定或检验方法（C12Q 1/68、C12Q 1/04、C12Q 1/34）的研究最多，其次为涉及DNA重组技术的方法（C12N 15/09）以及借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料，如通过单克隆抗体的方法、用不溶解的载体固定免疫化学物品的方法、化学发光和生物发光等（G01N 33/577、G01N 33/543、G01N 21/76）方法和手段进行食品安全快速检测的研究。

表3 专利申请量排名前十位的机构概况Table3 Prof i les of top10 institutions of patent application

2.4 基于IPC分类号层面的技术分布分析

通过分析技术领域分布可以反映出在该技术领域国家的技术活动和战略布局。为此，对食品安全快速检测技术领域专利申请排名前十位的国家和地区基于IPC分类号的技术分布比例进行统计，结果如图2所示。各个国家主要技术领域集中在G01N、C12Q和C12N，但是又各有技术侧重的领域。美国对各个技术领域都较为关注，技术分布比较平均。日本、韩国、爱尔兰在C12N 15大组和C12Q 1/68小组技术分布比例较高，即侧重核酸和遗传工程方面的研究。英国在C12Q 1/04小组关于微生物快速检测方面的技术研究规模较大，法国侧重于G01N 33/53小组，涉及免疫的快速检测方面的技术研究。

图2 主要国家/地区基于IPC分类号层面的技术分布百分比Fig.2 Percentage of technology distribution based on the IPC classif i cation number level in major countries

图3 中国重点关注的技术领域发展趋势Fig.3 Trends in China’s key technological fi elds

为了观察中国重点关注的技术领域随时间的发展趋势，统计了优先权为中国的2 345 项专利主要的IPC分类号随时间的变化趋势，结果如图3所示。综合分析图2和图3，中国与其他各国的技术布局有一定差异，中国在G01N 21大组占有很高的技术分布比例，共涉及526 项专利申请，即利用光学手段进行食品安全快速检测，其中化学比色法和可见光分光光度法是食品安全快速检测中最常用的经典方法[21]。在2007年前中国专利申请数量不多，处于专利申请多方面发展阶段，以G01N 21/78小组依靠化学指示剂的作用产生颜色变化的传统简单快速检测技术专利申请为主。2007—2010年期间G01N 21/31、G01N 21/33小组达到了技术的繁荣时期，之后随着科学技术的发展，专利申请逐渐减少甚至不再有新专利产生。其中引用最高的为福州大学于2009年申请的《一种基于纳米金快速检测牛奶样品中三聚氰胺的方法》（公开号：CN101718708A，IPC分类号：G01N21/78；G01N1/34；G01N21/33）[22]，被引23 次。

中国对涉及单克隆抗体的快速检测技术占有很高的研究占比，有282 项关于G01N 33/577小组的专利申请，2013年专利申请量达到最高为53 项，其中影响力最高的为王学生等[23]于2008年申请的《胶体金免疫浸出和免疫层析结合快速检测药物残留的方法》（公开号：CN101261274A，IPC分类号：G01N33/544；G01N33/577），被引达到34 次。中国涉及核酸和遗传工程方面的C12N 15/11和C12Q 1/68小组专利申请量逐年提高，2012年后发展更加迅猛，其中影响力最高的为2005年中国人民解放军军事医学科学院放射医学研究所申请的《一套检测常见肠道致病菌的寡核苷酸探针及其用途》（公开号：CN1683565A，IPC分类号：C12Q1/68）[24]，被引达到18 次。

2.5 基于专利地图的技术领域布局变迁及当前热点领域分析

为了更加深层次地挖掘专利的技术内容信息，洞悉全球食品安全快速检测领域技术布局变迁及当前热点领域，根据4 615 项专利申请中标题和摘要字段内容，利用内嵌在DI中Theme Scape专利地图实现对专利主题内容的全景分析。在专利地图中，点表示专利，各点之间的距离表示专利内容的相关程度，内容相似的专利在专利地图中的位置也相近，并形成峰，专利地图中峰的高度代表一个区域中专利数量的多少，在地图中以不同的颜色呈现，按照蓝色、绿色、深绿色和棕色依次递增，白色表示最高峰，即专利文献最密集部分，说明涉及该技术主题的专利申请量最多[25-26]。专利主题之间的关联情况体现为峰间的距离，峰间距离越近，表示主题相似程度越高，反之则越低[27]。

图4为基于专利地图的食品安全快速检测领域技术总体分布，每个峰区域使用从标题和摘要字段内容中提取的英文关键词经翻译、整理表述相关技术[28]，总共分为17 个技术领域。图4中共有2 处白色区域，中间最大的一个区域为L区，内容涉及单克隆抗体、杂交瘤、蛋白、肽、探针等相关的274 项专利，代表专利包括用于检测鱼和贝类中雪卡毒素的单克隆抗体检测试剂盒[29]（公开号：JP05757497B2）、由KCTC 10431bp杂交瘤细胞产生的与李斯特菌P60蛋白特异性结合的单克隆抗体检测试剂盒[30]（公开号：US7390489B2）等。第二个区域为涉及核酸适配体的食品安全快速检测方法和试剂盒等相关的M区，代表专利包括用于复杂生物混合物中蛋白质[31]和核酸[32]的快速检测生物技术装置（公开号：IN200903867P4、公开号：CN101548188A）等。此外，Q区、N区、B区、F区均为峰区域，说明该相关技术的专利研究规模大、数量多。Q区涉及引物扩增的特异性和灵敏度等，相关专利有《水稻或水稻加工品中Bt基因快速检测方法》[33]（公开号：CN103205496A）、《大豆检疫性病毒病害多重实时荧光PCR检测方法及试剂盒》[34]（公开号：CN101857904B）等。N区与环介导等温扩增相关，例如一对通过环介导等温扩增检测沙门氏菌的引物设计[35]（公开号：KR2017030746A）、《一种环介导等温扩增技术快速检测胡萝卜成分用的引物组》[36]（公开号：CN103937900A）等。与酶联免疫吸附测定、抗体、抗原等内容相关的是B区，例如《一种维生素B2的酶联免疫检测试剂盒》[37]（公开号：CN102809658A）、《一种快速检测动物源食品中三氮脒残留的酶联免疫试剂盒》[38]（公开号：CN106405089A）等。F区是与食品安全快速检测的模型相关的专利，此峰主要以中国实用新型专利为主，例如《一种食品快速检测仪》[39]（公开号：CN205656117U）、《一种保鲜食品检测样品箱》[40]（公开号：CN205366565U）等。

图1 基于专利地图的技术领域布局变迁Fig.1 Change of technological fi elds based on patent map

在专利地图中可以进一步观察不同时期，食品安全快速检测技术的领域布局变迁情况。红色代表2014—2017年约3 年时间申请的专利，绿色代表2009—2013年5 年时间申请的专利，黄色代表1970—2008年申请的专利，3 个时间段专利数量相差不大，均为1 200～1 600 件。可以看到，1970—2008年在与酶促反应、可见光分析仪、试剂成分等相关的G区，与培养基、微生物现场快速检测等内容相关的K区，利用分子学方法如聚合酶链式反应（polymerase chain reaction，PCR）[41]、探针等技术检测微生物的O区，利用寡核苷酸快速鉴别特异性菌种的P区、L区以及N区等区域均有大量的专利申请。2009—2013年专利申请的热点相比1970—2008年有所增加，主要集中在与荧光素标记、异鲁米诺标记、纳米微珠等内容相关的A区，与胶体金内容相关的E区，与氨和氨离子浓度测定相关的试剂盒和方法等内容相关的C区，与异柠檬酸浓度测定等内容相关的D区，以及N区、Q区、P区、L区和B区等区域。2014—2017年期间，专利申请集中在涉及传感器、电极、信号和数据的快速检测模型或者模块的I区，例如《粮食品质近红外快速检测无线系统》[42]（公开号：CN102042968B），涉及诺瓦克病毒以及相似病毒检测试剂盒的J区，以及B区、C区、F区、M区、L区、N区和Q区等，这些均为当前专利申请的热点领域。

3 结 语

自从20世纪70年代以来，伴随着食品科学与技术的迅速发展，食品安全快速检测技术得到了飞速发展和广泛应用，而中国在该领域的专利成果更加令世人瞩目。在总结归纳我国食品安全快速检测技术领域在专利申请方面取得的成就同时，我们要客观认识到现阶段我国食品安全快速检测技术领域专利质量还有待进一步提高，专利授权比例有待提升。我国在专利布局战略方面倾向于本土专利布局，缺乏对一些核心专利技术在重要国家和市场进行专利布局。通过结合IPC分类号分析出我国在利用光学手段进行食品安全快速检测的G01N 21大组和涉及单克隆抗体的G01N 33/577小组占有很高的技术分布比例，是我国主要的技术领域。此外，我国涉及核酸和遗传工程方面的C12N 15/11和C12Q 1/68小组专利申请量逐年提高，在2012年后发展更加迅猛。

自从1994年Narin[43]在Scientometrics上提出专利计量开始，专利计量学的理论和方法[44-46]已经被广泛应用在学科和科研机构评价、了解技术潜在的市场应用、寻求技术潜在的合作对象以及专利成果转化等多方面。目前，食品安全快速检测技术得到了快速发展和广泛应用，也是当前食品安全领域的研究重点，但是对食品安全快速检测技术的专利文献计量研究几乎空白。通过专利文献计量学分析，若想提高我国食品安全快速检测技术的竞争力，在未来的专利布局方面提出如下建议：1）在保持高申请量的同时，重视专利质量，重点关注专利引用次数、专利授权等指标，增加核心或高影响力专利的数量，提高自主知识产权质量，提升国家的科技创新水平和综合竞争力[47]。2）在关注本国技术市场的同时，加强对核心专利技术在重要国家和市场进行专利布局和技术输出，增强对潜在市场的占有和控制，最大程度维护自己的相关权益。3）密切关注主要国家和机构的专利布局变迁，准确把握当前技术热点领域并动态跟踪，对当前和长远技术领域的发展趋势做到心中有数。4）高校与企业应该加强科技合作[48]，不仅能增强企业技术实力，还可以进一步提高科研成果转化率，《国家中长期科学和技术发展规划纲要》（2006—2020年）[49]明确提出“建设以企业为主体、产学研结合的技术创新体系”，通过产、学、研相结合，实现专利成果转化为现实生产力[50]。5）充分了解我国食品安全快速检测技术专利布局特点，因地制宜地制定和规划技术的发展策略、合理分配有限的资源和寻求国内外潜在合作对象，从而整体提升我国食品安全快速检测技术国际竞争力。