基于文献专利计量的食品科技发展态势分析

段珺, 高振

(1.南京工业大学研究生院, 南京 211816; 2.南京工业大学科学研究部, 南京 211816)

食品产业是国民经济重要支柱性产业和保障民生的基础产业，承担着为全球76亿人口提供营养健康、安全放心食品的重任[1]。科技是支撑食品产业发展的应用基础，随着近几年全球研发投入的持续增加，基础研究不断强化，国内外相关文献和专利的数量呈快速增长趋势[2]。为实现食品产业科技创新发展，提升我国的竞争力，“十三五”以来，我国以保障食品安全和改善公众健康水平为目标，充分把握食品产业发展新常态，不断突破食品科技领域的核心关键技术，持续提升我国食品科技领域的自主创新能力和国际竞争力[3-4]。

文献计量分析主要是通过海量文献数据的结构化和可视化分析某一科学领域的研究方向和研究现状、热点以及未来研究趋势。文献计量分析可以反映某一学科领域的科学基础和知识积累，从而探讨该领域的动态发展特征，而专利分析则有助于揭示该领域技术发展和产业发展情况[5]。Web of Science(简称WOS)核心合集数据库是目前全球最大、覆盖学科最多的综合性学术信息资源库，收录了自然科学、工程技术和社会科学等领域具影响力的核心学术期刊，是文献计量分析的主要数据来源[6]。基于文献、专利数据来分析学科领域发展变化的分析方法已被应用于各学科领域的发展态势研究，其中，在医药、生态、环境等自然科学领域的应用尤为广泛[7-10]。因此，文献计量和专利分析方法是研究某一领域从科学到技术再到应用的有效的系统工具[5]。

食品学科的研究涉及工程技术、化学、生物科学和医学等多个学科，多学科的交叉、融合和汇聚不断推动着食品科技领域的发展。目前，国内外学者在食品科技领域开展了诸多方面的探索。研究人员运用文献计量学等方法对食品科技领域相关的国内外研究成果从时间、数量、机构以及研究热点进行了深入探讨，分析了食品科技相关方向的研究现状和热点等[11-12]。然而，目前仅针对了某些特定的研究方向进行分析，缺乏广泛性和系统性[13]。郑庄木等[14]以WOS收录的食品组学相关论文为数据源，采用文献计量学的方法对食品组学的研究发展态势进行了分析。其他学者针对食品安全领域的文献通过计量学进行了深入梳理和分析比较，为食品安全领域的未来研究方向提供了参考[15-18]。随着食品科技领域近年来的蓬勃发展，有必要对相关的文献和专利进行系统整理，分析其发展态势。因此，本文从文献计量学的视角出发，通过检索、整理WOS数据库中收录的食品科技领域相关的研究论文，进行多维度深入分析。同时从年度分布、主要专利权人以及内容分类等方面对食品科技领域中的专利进行分析。最后，结合新时代的发展背景发掘该领域的研究热点和趋势，以期更好地为我国食品科技领域的创新和产业化发展提供参考。

1 数据来源与方法

1.1 数据来源

本文对WOS核心合集索引数据库收录的食品科学和技术(food science & technology)领域的文献进行检索，检索式为SU=food science & technology。为更精准把握20年来食品科技领域核心学术发展的脉络，选取文献类型为研究论文(article)和综述(review)。此外，基于专利信息服务平台(http://search.cnipr.com/)检索食品科技领域专利信息，输入关键词“食品”，对发明和实用新型两种类型的授权专利进行检索。检索时间段为2000—2019年，检索日期为2020年12月2日。

1.2 研究方法

本文采用文献计量学方法，以检索到的文献(研究论文和综述)为数据集，利用WOS的InCitesTM作为主要的分析评价工具，对食品科技领域的发文基本情况、主要国家和机构、作者、被引情况以及来源刊物等进行分析[17]。部分数据分析和图表制作采用EXCEL软件进行。高频关键词的Wordcloud分析采用WordArt网站进行(https://wordart.com/)。食品科技领域的专利分析主要集中于年度分布、主要专利权人以及内容分类等方面的分析。由于受专利申请与授权周期的影响，2018—2019年的专利数据仅供参考。

2 结果与分析

2.1 论文发表数量分析

出版文献的发表量可以直观地反映某一领域目前的研究水平、研究趋势和发展速度[18]。基于WOS数据库以及相关的筛选条件，2000—2019年共发表食品科技领域方面的论文355 053篇，其中中国共发表了48 617篇，占全球总量的13.69%(图1)。从图1可以看出，①从2000年开始，食品科技领域的年发文量均呈稳步上升的态势，中国与全球的发展轨迹基本同步，2006年之后，均呈现了较快的发展速度，且在2017年中国与全球的发文量增速均达到了最大。②中国对全球食品科技发展的贡献逐年增大。从中国的发文量占全球的百分比可以看出，其占全球食品科技领域文献总数的比例随着科研活动的活跃逐年增长，从2000年的0.67%增长到2019年的27.24%，中国近年来的高速发展，为全球食品科技的发展做出了重要贡献。

图1 2000—2019年食品科技领域的发表文献数量Fig.1 Publications number in the field of food science and technology from 2000 to 2019

2.2 发文量TOP10国家的发文量和被引频次分析

2.2.1发文量TOP10的国家及发文情况 2000—2019年间，食品科技领域发文量居前10的国家如图2所示。从图2可以看出，美国以55 494篇领先其他国家，中国的发文量48 617篇，仅次于美国，两个国家的发文量都遥遥领先于其他国家。然而中国被引频次领先优势不明显，稍高于西班牙。篇均被引频次表示一组文献中某一篇文献的平均引用次数，反映了文献的引文影响力。西班牙以27.53次·篇-1位居榜首，其次是法国，26.45次·篇-1。中国以15.87次·篇-1位居第8位。这些数据说明，我国在食品科技领域的研究发展迅速，在发表数量上占据了较大优势，但从篇均被引次数的排名来看，论文质量上还需要进一步提高。

图2 2000—2019年食品科技领域发文量TOP10的国家及其被引用情况Fig.2 TOP10 countries and their citations in the field of food science and technology from 2000 to 2019

2.2.2TOP10国家高被引论文分析 TOP10%论文占比是在某一组文献下，总被引次数排名前10%的文献量占该组总文献量比值，以百分数表示，值越大表明该组文献表现越好。另外，高被引论文占比指的是某一组文献内的ESI(essential science indicators)高被引论文数除以该组总文献量的数值，以百分数表示，该指标展示了某一国家或研究机构的论文产出在全球最具影响力的论文中的占比情况[19]。从食品科技领域发文量TOP10国家的高被引论文情况(图3)可以看出，中国的TOP10%论文占比14.24%，且中国的高被引论文占比为1.31%，领先于其他国家，位居第一。另外，西班牙的高被引论文表现较为突出，该国在食品科技领域的TOP10%论文和高被引论文的占比均位于世界前列，表明西班牙在全球的食品科技领域具有极强的竞争优势。日本和韩国的TOP10%论文和高被引论文的占比明显落后于其他国家，表明这些国家的研究急需加强。综合来看，中国反映高质量论文的指标相对靠前，结合篇均被引次数来看，还需要进一步提升研究水平，缩小与西班牙的差距。

图3 食品科技领域发文量TOP10国家的高被引论文情况Fig.3 Highly cited papers in TOP10 countries in the field of food science and technology

2.2.3国际合作情况分析 国际合作与自主研究是目前科学研究的两种主要模式。而随着研究领域的不断纵深发展以及研究问题的日益复杂化，科学研究越来越趋向于协同合作创新，国际间的合作已成为科学研究的一种重要的研究模式[20-21]。本论文分析了主要国家的国际合作论文发表情况(图4)。可以看出，美国以21 009篇合作论文遥遥领先于其他国家，但其国际合作论文占比位居第三位。法国的合作论文数量虽只有6 719篇，但其占比达到了46.7%，位居第一。中国虽然合作论文数量位居第二，但从国际合作论文占比来看，仅仅高于日本和印度。分析结果表明，以法国和美国为代表的科技强国，在食品科技领域的国际合作中具有较高的活跃度，而中国、日本、印度为代表的亚洲国家，目前仍以自主研究为主要模式，未来的国际合作发展空间巨大。

图4 食品科技领域国际合作发表论文情况Fig.4 Status of international cooperation’s publications in the field of food science and technology

2.3 主要研究机构分析

本研究进一步分析了20年间发文量排名前10的国家的研究机构情况，结果如图5所示。可以看出，美国农业部以发文量8 853篇位居第一，西班牙高级科学研究委员会以发文量7 831篇位居第二。位居前列的均为欧美科技强国的研究机构，中国的两家研究机构占据了前10中的两席，分别是江南大学(第5)和中国科学院(第8)。另外，中国的这两家研究机构TOP10%的论文占比均高于14%，江南大学以16.91%(TOP10%的论文百分比)的占比位居首位。美国农业部的发文量虽然位居第一，但其TOP10%论文的占比仅高于印度科学工业研究委员会和法国农业科学院，而综合发文量和TOP10%论文占比来看，西班牙高级科学研究委员会表现突出，其发文量和TOP10%论文占比均位居第二，表现出了强大的科研实力。以上结果表明，近年来随着我国双一流大学的建设，以江南大学为代表的中国研究机构的食品科技研究能力迅速提升，已经进入了世界前列。

图5 全球食品科技领域发文量TOP10的研究机构及其被引用情况Fig.5 Citations of TOP10 research institutions in the field of global food science and technology

如图6所示，我国的研究机构除中科院系统外，发文量前10的机构均为双一流高校，这也与国家加强双一流高校的建设力度，提升食品科技领域的科研能力有关。

图6 中国食品科技领域发文量TOP10的研究机构及其被引用情况Fig.6 Citations of TOP10 research institutions in the field of food science and technology in China

2.4 食品科技领域论文来源刊物分析

汤森路透《期刊引文报告》中食品科技领域的期刊共135种，20年间，全球食品科技领域发表的论文分布在221种期刊上，非常分散。表1列出了发文量排名前10位的期刊的情况。JOURNALOFAGRICULTURALANDFOODCHEMISTRY是刊登全球食品科技领域研究进展与成果最多的期刊，发文量达到了28 004篇。影响因子是评价期刊影响力的重要指标之一。JCR(journal citation reports)对每个学科按照期刊的影响因子高低进行分区，影响因子排名25%的为Q1区，依次共分为Q1～Q4区。发文量TOP10的期刊中，Q1区的期刊占据了5席。另外，FOODCHEMISTRY的影响因子和论文影响力均位居第一，表明这两种期刊深受食品科技领域学者的青睐。

表1 食品科技领域论文发表的TOP10来源刊物分析Table 1 Analysis of TOP10 journals published in the field of food science and technology

2.5 中国食品科技领域的专利分析

2.5.1专利的基本情况分析 专利是衡量技术创新的重要指标之一。公开公布的专利信息具有保护知识产权、传播发明创造、避免侵权纠纷的作用[22]。对食品科技领域专利信息进行整理分析，有助于揭示食品行业的技术创新特点以及发展态势，进而有针对性地开展基础性研发工作[23]。授权发明专利意味着已经获得了知识产权部门的授权，其更能反映行业的技术创新和发展态势，因此本研究主要分析了中国食品科技领域的专利数据。2000—2019年间，中国公开食品科技领域方面的授权专利总计56 460件，其中可供分析专利40 680件，本研究主要对这4万多件授权专利进行了深入分析(图7)。从图7可以看出，2000年以来，中国食品科技领域的授权专利呈逐渐上升趋势，2000年以后授权专利发生了飞跃式增长，2019年达到了5 140件，而在2016和2017年授权专利数量有所减少，而这可能和国家专利政策的调整相关。

图7 中国食品科技领域专利授权量年度变化趋势Fig.7 Annual change trend of the number of granted patents in the field of food science and technology in China

2.5.2主要专利权人分析 通过分析主要专利权人，可以进一步揭示食品行业技术实力的分布和专利布局情况。分析2000—2019年间中国授权专利量排名前10的专利权人(图8)，发现有一半的申请人是企业，可见企业已成为我国技术创新的主体。九阳股份有限公司以授权量712件位居企业第一，九阳股份致力于健康饮食电器领域拓展，提供智能便捷的厨房生活解决方案。江南大学的授权专利量以780件位居第一。作为科研实力雄厚的食品院校，江南大学的食品类学科创办时间早，具有深厚的基础，拥有食品科学技术国家重点实验室。结合江南大学研究文献发文量来看，其具有雄厚的科研实力，学者的研发积极性和创新水平较高，且具有较强的知识产权保护意识，因此授权专利的产出也较高。

图8 中国食品科技领域TOP10专利权人Fig.8 TOP10 patentees in the field of food science and technology in China

2.5.3基于IPC分类号层面的技术分布分析

完整的国际专利IPC分类号包括部、大类、小类、大组和小组。如表2中的A23L，其中A代表部，23为大类，L为小类[24]。通过分析专利的技术分布，可以掌握行业的技术领域分布特征。对授权专利进行分析发现，食品行业的授权专利主要集中在A部(人类生活必需)，具体涉及到食品、食料的制备与处理、生活配制品、化合物的特定治疗活性、厨房用具等，其中A23L的授权量最多，达到了12 308件，占比高达19.90%，远远高于排名第二的A61K。这说明食品、食料的制备处理是食品行业的重点研发领域。

表2 中国食品科技领域专利的主要IPC分类及其专利数Table 2 Main IPC classifications and the numbers of patents in the field of food science and technology in China

从图7可以看出，2005年以来，中国食品科技领域专利授权量增长快速，技术创新不断进步。随着国家对原始创新和基础性研究的大力支持，科研工作者也将更多的研发力量投入到核心技术创新中，从而推动创新主体关注知识产权的保护。而从技术领域的分布来看，食品的制备处理及保存是重点研发领域和竞争领域，这造成了部分技术领域的遇冷，从而阻碍了全行业多领域的共同发展。因此，后期科研工作者需要对各技术领域的关键问题进行针对性研究，从而推动食品科技领域的全面发展。

2.6 食品科技领域的研究热点与趋势分析

2.6.1研究热点分析 热点论文是近两年内发表的且在近两个月内被引频次排在相应学科领域全球前0.1%的论文，也是相应研究领域中最为基础、核心的文献。通过分析热点论文能够反映该领域的研究热点和研究动向。本研究共检索到47篇热点论文，研究型的热点论文共有22篇。表3中列出了被引次数排前10 的热点论文，其中4篇由中国的第一作者发表。分析这些文献的标题和关键词发现，国内外在生物活性物质的鉴定(多酚类等)以及生理活性(抗氧化等)方面的研究是食品科技领域近两年的研究热点之一[25]。被引频次前三的热点论文具有突破性进展，Lesjak等[26]发现，食用槲皮素后全身循环中存在的槲皮素衍生物可作为有效的抗氧化剂和抗炎剂，进而提升了富含槲皮素饮食的整体生物学活性；Granato等[27]主要针对目前生理活性物质的筛选方法进行了研究，对生理活性物质的高效筛选具有重要的指导意义；REZAEI等[28]研究了疏水和低溶性食品活性化合物在不同纳米载体中的纳米包埋效果。可以发现，科学界对生物活性化合物表现出了极大的兴趣，这为探索生物活性化合物的摄入与非传染性疾病风险降低之间的关系，并更好地理解和应用体外筛选方法设计有关“生物活性化合物”提供了重要的理论支撑。

表3 2018—2019年食品科技领域发表被引次数TOP10的热点研究论文Table 3 TOP10 hot research papers published in the field of food science and technology from 2018 to 2019

食品科技领域中发表论文的关键词变化从另一方面反映了该领域研究发展态势和热点，本文分析了2000—2019年间发表的共2 566篇高被引论文的关键词，通过关键词的关联和聚类分析，得到了50个与食品科技领域相关的高频关键词。由图9可知，排除一些对反映主题意义不大的关键词food、stability等，antioxidant activity、bioavaila-bility、chitosan、phenolic compounds等是近年来食品科技领域较为关注的研究方向。

图9 基于食品科技领域高被引论文的高频关键词Fig.9 High-frequency keywords based on highly cited papers in the field of food science and technology

结合热点论文和高频关键词的分析，总结出国内外食品科技领域的研究热点：①食品化学方向(antioxidant activity、polyphenols、polyphenols、flavonoids等)：食品中生物活性成份的高效分离、鉴定及其体外抗氧化、抗衰老和抗肿瘤活性的研究；天然产物的理化性质对其加工品质等影响的研究。②食品营养学方向(nutrition、gut_microbiota、obesity、health benefits、nutraceuticals等)：食品与健康的关系，油脂、奶制品、益生菌等加工类食品对肥胖、糖尿病等疾病的研究；肠道菌群与健康疾病的研究。③食品微生物方向(antimicrobial activity、antibacterial activity、probiotics)：关于益生菌在食品工业中的应用，尤其是益生菌资源的开发；食品中抗菌剂的研究以及抗菌食品的研究[29]。

综合以上三方面的研究热点发现，目前食品科技领域的研究主要围绕食品营养与健康开展。人们对于食品的需求已经从基本的“保障供给”向“营养健康”转变。尤其是后疫情时代的到来，人们对卫生与健康表现出前所未有的关注，刺激了对健康食品的浓厚兴趣。未来食品科技应与营养学交叉，实现食品营养健康的新突破，使其成为食品发展的新动能。

2.6.2食品科技创新发展趋势分析 按照中国科学技术部印发的《“十三五”食品科技创新专项规划》要求，为实现食品产业科技创新发展，提高我国食品科技的自主创新能力和产业支撑能力，应重点发展食品高新技术产业，提升食品产业竞争力。在加工制造、机械装备、食品安全、冷链物流、营养健康和颠覆性技术等重要领域实现重点发展，以实现均衡营养、方便特色、高效智能、绿色低碳和创新设计的目标。

从研究方向(图10)看，随着全球科学研究的交叉化发展，食品学科的发展与其他学科不断融合交叉，食品学科中许多新的交叉领域、跨学科的研究课题不断涌现，这些交叉研究逐步具有较强的创新性和竞争优势。未来食品学科可在以下几方面进行交叉研究：①食品学科与生物学的交叉研究。合成生物学是新的生命科学前沿，其设计理念和研究思路在改善食品营养风味、实现食物精准营养、高效处理食品废物及食品安全检测等过程中具有重要的应用价值。②食品学科与机械制造学的交叉研究。利用数字化设计和制造技术，结合物联智能控制技术实现食品加工智能化装备的革命性发展。③食品学科与生物信息学的交叉研究。基于食品营养和人体健康大数据，靶向生产精准营养与个性化的食品。④食品学科与材料学的交叉研究。包装材料是食品加工的重要组成部分，发展绿色可降解的多功能材料可保持食品本身的营养，并延长保质期。未来食品科技首先应注意多学科的交叉研究，侧重专题研究并不断深入。另外应根据国家对食品科技领域的发展规划，适时调整食品科技领域的技术创新方向，与国家的食品科技创新政策与方向契合。

图10 食品科技领域研究涉及的TOP10研究方向分布Fig.10 Distribution of TOP10 research directions in the field of food science and technology

从技术创新方面，虽然我国的食品科技领域发展迅速，相应的论文发表和专利申请呈现快速增长的趋势，但是仍然面临引领性基础研究少的问题。未来食品科技领域应加大创新投入力度，大力支持国内食品院校、研究机构加速攻关食品科技领域发展面临的重大基础科学问题，突破核心关键技术，为食品产业的创新化发展提供深厚的理论支撑。另外，应强化食品重点企业创新，发挥企业技术创新与研发资金投入的主体作用，增强企业的创新能力从而引领产业发展。最后，应鼓励科研机构与食品企业的创新性对接与合作，促进科研与生产的无缝对接，加速科技成果转化为现实生产力。

从国际竞争力来看，一方面应增强我国食品产业的自主研发能力，另一方面应加强国际间的合作与交流。积极融入全球的创新网络，应紧跟国际市场的发展方向，与国际上食品领域的研究机构和企业紧密合作，展开多种形式的科技交流与合作，同时大力引进食品科技领域先进技术和人才，从而全面提升国际合作交流水平，增强自主研发能力与国际竞争力。

3 讨论

论文和专利是科学研究的重要产出之一，在一定程度上反映了当前食品科技领域的研究态势和发展方向。通过文献计量学和专利分析，深入分析数据背后的内涵，有助于帮助科研工作者理解食品科技领域的学术脉络和未来发展方向。

2000年以来，全球食品科技领域发展迅速，年发文量和被引频次稳步增长。其中，我国食品科技研发实力不断增强，年发文量已位居世界第二，然而被引频次和篇均被引次数相较于欧美科技强国还有一定的差距，且在国际合作方面的活跃度还较低。目前食品科技领域的研究热点主要集中在食品中的生物活性成份高效分离、鉴定及其生理活性的研究，食品营养与健康的研究以及食品微生物方向的研究。

各项影响力指标暴露出中国在该领域的研究有待加强。一方面食品科技领域科研工作者需加大创新力度，加速攻关该领域发展面临的重大基础科学问题，突破核心关键技术。加强科研机构与食品企业的创新性对接与合作，加速科技成果转化为现实生产力。另一方面，科研工作者在开展相关研究时应注重多学科的交叉与专题研究，在研究中不断深入并适时动态调整技术创新方向；最后，应加强国际合作，在引领性基础研究和领跑技术方面实现重大突破。随着我国食品科技领域研发实力的不断增强，相信未来我国在食品高新技术领域的研发能力与世界先进水平的差距会逐渐缩小，最终实现赶超。