基于文獻和專利分析非葡萄酒類果酒技術領域發展現狀

陳瑩,張志勇,余垚,周峻崗*,呂紅

1(國家知識產權局專利審查協作北京中心,北京,100070)2(復旦大學 生命科學學院 遺傳工程國家重點實驗室,上海,200438)3(復旦大學 上海工業菌株工程技術研究中心,上海,200438)

當前酒類消費呈多樣性分化,健康飲酒、理性飲酒成為新消費理念。非葡萄酒類果酒的生產與消費發展迅速,如蘋果酒、藍莓酒、桑葚酒、山楂酒、李子酒、火龍果酒等[1-3]。蘋果酒是僅次于葡萄酒的第二大類果酒,在歐美國家已經形成一定的產業化規模[4-5]。相較于國外果酒(如日本的梅子酒、英國和法國的蘋果酒、以色列的石榴酒等)的行業與產業化發展,我國果酒整體行業的發展起步較晚,工藝技術及裝備相對落后,但經過近20年的發展,果酒已被列入國家健康酒類發展的重點,中國酒業協會果露酒專業委員會在酒業“十五”計劃及2015年規劃中明確提出:重點發展水果發酵酒和水果蒸餾酒,利用水果蒸餾酒逐步取代一部分糧食白酒;加強水果蒸餾酒生產技術與裝備的建設,提高蒸餾酒產品的質量。酒類企業在水果發酵酒的研究較多,積極推進低度酒市場,市場需求量有逐步擴增的趨勢[6]。中國果酒市場前景調查報告指出,我國果酒市場上非葡萄酒果酒總體呈現逐步上升的趨勢[7]。

文獻與專利分析可以更好地探尋非葡萄酒類果酒領域的技術研究現狀及未來發展趨勢。文獻分析法是通過對文獻的調研,快速了解該領域國內外研究現狀及成果,從而及時掌握該領域研究動態和發展前沿。專利信息是針對某一技術領域的專利數量和時間分布對專利內容進行分析,可以反映某一技術的發展現狀和趨勢。正確理解專利技術未來發展趨勢,可幫助政府和企業制定研發策略,抓住發展機會[8]。本文綜合運用了文獻和專利的可視化工具,從Web of Science數據庫和incoPat專利平臺選取2000—2021年的文獻和專利進行綜合分析。以期為我國非葡萄酒類果酒釀造技術的發展提供參考。

1 材料與方法

1.1 數據庫檢索

文獻數據源選擇Web of Science數據庫,專利數據源選擇incoPat專利檢索平臺,時間檢索跨度從2000—2021年。文獻檢索的檢索詞為cider、apple wine、cherry wine、blueberry wine、pomegranate wine、orange wine、pear wine、peach wine、citrus wine。專利檢索的方法是選取中英文關鍵詞:蘋果酒/cider/apple wine、桑葚酒/mulberry wine、藍莓酒/blueberry wine、梨酒/pear wine、獼猴桃酒/kiwi fruit wine、楊梅酒/waxberry wine、橙子酒/柑橘酒/orange wine/citrus wine、山楂酒/hawthorn wine、櫻桃酒/cherry wine、石榴酒/pomegranate wine,組配酒類發酵的專利分類號C12G。

截至2022年10月31日,共檢索到522篇文獻,其中514篇研究論文,8篇綜述;以及2 680件專利申請,屬于2 018個專利家族。

1.2 科學文獻內容分析

使用CiteSpace(5.8.R3)對文獻進行分析,識別并顯示非葡萄酒類果酒技術領域科學發展的新趨勢和新動態[9]。將Web of Science檢索到的文獻導出為純文本格式,利用CiteSpace刪除重復文獻,然后通過時間分片(time slicing)、節點類型(node type)和選擇標準(selection criteria)對關鍵詞和參考文獻分別進行可視化分析。

1.3 專利內容分析

采用incoPat專利數據庫的“篩選關鍵詞”“高級分析”等模塊進行專利統計和分析,導出的專利數據用Microsoft Excel軟件進行可視化分析。

2 結果與分析

2.1 非葡萄酒類果酒技術領域科技文獻可視化分析

2.1.1 文獻發表量分析

在Web of Science數據庫檢索了自2000年以來不同原料果酒的文獻年發表量。共檢索除葡萄外8種水果原料,包括蘋果、櫻桃、藍莓、石榴、橙子、梨、桃和柑橘。由圖1可知,非葡萄酒類果酒的年文獻發表量在2000—2018年總體呈現穩定趨勢,而從2019年以來顯著增加。在檢索的8種果酒中,蘋果酒的研究較多,發表的文獻占比量超過50%,2000年發表的10篇都是研究蘋果酒。此外,2019年之后蘋果酒相關的文獻發表量顯著增加。櫻桃酒的年文獻發表量居第2位,2021年發表數量占比最高,達21%。其他幾種水果原料的果酒年發表量均較少,年文獻發表量0～5篇。

圖1 不同原料果酒的文獻發表量

2.1.2 文獻關鍵詞共現分析

發表的果酒文獻關鍵詞聚類分析結果如圖2所示,共得到456個節點,1 571條連線。2000年關鍵詞wine、fermentation、juice和cider等出現的頻率較多,而yeast和impact出現較晚,分別在2014年和2015年。在檢索的22年期間,wine出現頻次最高(66次),volatile compound居第二位(61次),隨后fermentation出現了58次,Saccharomycescerevisiae出現了53次。蘋果酒相關的關鍵詞cider(2000年首次出現)、apple wine和apple cider分別出現了36、26、17次。近5年來,酒類酒球菌(Oenococcusoeni)在2017年首次出現(5次),sequential fermentation在2019年首次出現(2次),nonSaccharomycesyeast在2020年首次出現(4次)。分析結果表明非葡萄酒類

圖2 關鍵詞聚類的時區圖

果酒專用發酵菌種的研究起步較晚,特別是用于酒精發酵的非酵母屬酵母和用于蘋果酸-乳酸發酵的細菌的研究近5年才出現。此外,不同菌種的順序發酵也是近年來值得關注的果酒發酵技術。張志勇等[10]綜述了現代蘋果酒生產中混合菌種的順序發酵工藝。主要發酵工藝為非釀酒屬酵母(先接種)和釀酒酵母(后接種)共同進行酒精發酵;或前期接種釀酒酵母進行酒精發酵,后期加入細菌進行蘋果酸-乳酸發酵。非釀酒屬酵母包括漢遜酵母屬(Hanseniaspora)、畢赤酵母屬(Pichia)、克魯維酵母屬(Kluyveromyces)等,細菌主要為植物乳桿菌(Lactobacillusplantarum)、酒類酒球菌(Oenococcusoeni)。

2.1.3 文獻關鍵詞突發分析

文獻關鍵詞突發分析發現,在引用突發性最強的9個關鍵詞中,impact引用強度最高,突發持續時間在2019年到2021年(表1)。綜合圖2的結果發現impact與wine、fermentation、sensory analysis之間連線較多,關聯較為緊密,表明發酵對非葡萄酒類果酒的感官品質的影響是近兩年來研究人員關注的熱點方向。關鍵詞cider引用強度居第二位,但突發持續時間最長(2000—2008年)。此外,apple wine的引用突發持續時間為2014—2016年,結果也同樣說明蘋果酒的研究在為非葡萄酒類果酒中處于熱點領域。從圖2還可以發現,cider(apple wine)與蘋果種類(cultivator、apple juice)、發酵菌株(yeast、strain)、成分(acid、phenolic compound、volatile compound)、功能性(antioxidant activity)聯系緊密,表明蘋果品系、發酵菌株、蘋果酒成分和功能性是蘋果酒研究的主要方向。

表1 引用突發性最強的9個關鍵詞

將9個關鍵詞歸納為4類:果酒類(cider、apple wine、cherry wine);發酵菌株類(yeast、strain、survival);檢測方法類(performance liquid chromatography、gas chromatography)和品質影響類(impact)。歸類分析表明:(1)對于果酒發酵菌株分析發現,果酒發酵菌株的研究熱點隨時間依次呈現為菌種的存活率、酵母菌的篩選和新型發酵菌種的探索;(2)果酒成分測定的常用方法是高效液相色譜法和氣相色譜法;(3)非葡萄酒類果酒品質的影響因素引用突發強度最高,表明該方向是最新的研究熱點。

2.1.4 文獻被引用的突發分析

利用CiteSpace進行參考文獻被引用的突發分析,表2列舉了突發最高的10篇文獻,這些文獻均為研究性論文,其中8篇有關蘋果酒,2篇為櫻桃酒的相關。9篇文獻的關鍵詞中包括揮發性化合物(volatile、aroma或odor-active)。COTON等[11]論文主題為細菌,SUN等[12]、LORENZINI等[13]和LAAKSONEN等[14]論文研究主題為酵母菌(釀酒酵母或非釀酒酵母屬酵母),YE等[15]、ALBERTI等[16]和LAAKSONEN等[14]論文研究主題是蘋果原料,而NIU等[17]、ANTN等[18]、PICINELLI LOBO等[19]和QIN等[20]論文的研究主題為揮發性化合物的測定。上述結果同樣也說明非葡萄酒類果酒中蘋果酒的關注度最高,其次為櫻桃酒。從引用突現變化來看,近5年(2016—2021年)水果原料(品種、成熟度)和酵母菌株對果酒揮發性成分的影響,以及揮發性化合物的測定方法探究是非葡萄酒類果酒新的研究趨勢。

表2 引用突發最強的10篇參考文獻

2.2 非葡萄酒類果酒技術領域專利可視化分析

2.2.1 專利申請數量時間分布

非葡萄酒類果酒專利申請量在2000—2011年總體呈現穩定趨勢,2012年以后快速增長,并在2015—2017年期間達到峰值(圖3)。這一趨勢與國內果酒市場的發展以及政府扶植政策的出臺時間存在一定的關聯性:據《2014—2018中國果酒研究報告》的數據分析顯示,我國果酒在銷售額方面的年增長率為15%。果酒潛在的市場目前也吸引了國內白酒行業領頭羊的興趣,如五糧液的仙林青梅果酒、茅臺的悠蜜系列藍莓利口酒、寧夏枸杞酒、山東蘋果酒也初具規模。

圖3 非葡萄酒類果酒專利申請年度趨勢

選取了申請量排名前十的水果原料:蘋果、桑葚、藍莓、梨、獼猴桃、楊梅、橙橘、山楂、櫻桃、石榴,分析其2012—2021年間專利申請量的變化情況(圖4)。

圖4 2012—2021年主要的非葡萄酒類果酒專利申請數

其中,在2012、2015—2017年間蘋果酒的申請量遠高于其他非葡萄酒類果酒,最高占比超過50%;2017年蘋果酒的專利申請量達到峰值。其次,藍莓酒和桑葚酒的申請量分別從2012年和2013年開始出現顯著增長,并分別在2015年和2018年達到峰值;此外,楊梅酒的申請量在2018年出現激增,成為僅次于桑葚酒的品種。其他幾種果酒的申請量在2013—2018年間均相對平穩,其中梨酒和獼猴桃酒的年平均申請量在20～30件,橙橘酒、山楂酒和櫻桃酒的年平均申請量在10～20件,石榴酒的年平均申請量則低于10件。

2.2.2 專利申請的地域分布

從截止到目前的專利數據來看,中國關于非葡萄酒類果酒專利的申請量遠超其他國家或地區,占全球專利申請總量75.12%,美國占2.4%,俄羅斯占2.3%,法國占1.68%,日本占1.44%。另外,還有一部分專利通過世界知識產權組織提交。

對專利申請排名前十的申請單位進行分析。我國江南大學的專利申請量最多,達到54件;其次是安徽銘傳酒業有限公司,日本三得利株式會社和韓國食品研究所分別位列第5、6位。此外,中國的西北農林科技大學、湖北工業大學、山東農業大學等高校在該領域的專利申請數量排名相對靠前(圖5)。

圖5 全球非葡萄酒類果酒專利申請單位排名

2.2.3 專利技術構成及熱點分布

Patent classification(PC)是目前國際上通用的專利分類系統[21],是確定專利申請的新穎性、創造性(包括對技術先進性和實用價值作出評價)的一種有效工具。

International patent classification(IPC)按5級分類,分為部、大類、小類、大組和小組[22]。部由一個字母表示,大類由2個數字表示,小類由1個字母表示,主組由1～3個數字表示,分組由2～4個數字表示。IPC共有A(人類生活必需)、B(作業、運輸)、C(化學、冶金)、D(紡織、造紙)、E(固定建筑物)、F(機械工程)、G(物理)、H(電學)8個部[23]。非葡萄酒類果酒技術領域對應的專利方向分布如圖6所示。

圖6 非葡萄酒類果酒專利技術構成

由圖6可知,非葡萄酒類果酒技術的專利主要集中在C、A這2個部的方向領域。按大組細分,占比最大的為C12G3大組(93.81%),即C12果汁酒分類下的除葡萄酒以外的其他酒精飲料的制備;其次是C部的C12R1大組(18.24%),其涉及發酵微生物;之后為A部的A61K36大組,其涉及含有真菌,如酵母的藥物制劑,占11.65%。

技術構成分析表明,非葡萄酒類果酒生產技術研究方向主要集中于釀造工藝C12G以及微生物菌株C12R上,這也是非葡萄酒類果酒生產技術的2大關鍵因素,即釀制工藝和發酵菌株篩選;此外,非葡萄酒類果酒生產技術的研究熱點還包括:A部中以A61K36為代表的含有天然成分的中草藥的研究,C部中以C12H1為代表的酒精飲料的巴氏滅菌、殺菌、保藏、純化、澄清或陳釀工藝的研究,C12H6為代表的提高發酵溶液或酒精飲料中酒精含量的方法研究,C12N1為代表的發酵微生物本身及其組合物的研究,這些方面成為非葡萄酒類果酒生產技術領域中專利的研究熱點。

3 討論

3.1 文獻和專利在時間特點上的綜合分析

從時間脈絡上分析非葡萄酒類果酒生產技術在近20年的發展和演進過程。該領域的學術文獻呈現穩步的增長態勢。蘋果酒一直處于非葡萄酒類果酒研究的熱點品類,2019年以來蘋果酒的相關文獻發表量顯著增加;非葡萄酒類果酒專用發酵菌種(非酵母屬酵母和用于蘋果酸-乳酸發酵的細菌)的研究在近5年逐步增多;發酵對非葡萄酒類果酒感官品質的影響是近2年來研究的熱點方向。2012—2017年,非葡萄酒類果酒的專利申請數量快速增長,之后有所回落;蘋果酒的專利申請量一直占據絕對優勢,其次是桑葚酒、藍莓酒和梨酒。

3.2 文獻和專利在地域上的綜合分析

在文獻方面,沒有對來源國家進行統計;但在專利申請方面,中國申請量遠超其他國家。原因可能在于:歐美發達國家的非葡萄酒類果酒產業起步早,生產技術成熟,相關專利在更早期就已做了全面布局;相比之下,中國的研發起步較晚,但近年隨著我國對果酒行業加大扶持力度,明顯推動了我國果酒行業的發展。據《中國果酒市場前景調查分析報告》顯示,2013—2017年,我國果酒產量平均年增長率達到15%。

3.3 文獻和專利綜合分析揭示研究新熱點

目前文獻的研究集中在酵母菌株對果酒揮發性成分的影響以及揮發性化合物的測定等方向;而專利方面利用IPC代碼進行熱點分析后,發現研究的熱點主要集中在果酒巴氏滅菌、殺菌、保藏、純化、澄清或陳釀工藝,提高發酵溶液或酒精飲料中酒精含量的方法以及發酵微生物本身及其組合物的研究上?？梢?果酒專用菌株或新型發酵菌種的探索成為文獻和專利在近年研究中共同關注的前沿話題,也將成為新的研究熱點。

3.4 結論

本文應用文獻和專利可視化分析方法,檢索Web of Science數據庫和incoPat專利平臺近20年間發表的非葡萄酒類果酒的文獻和專利;從時間序列文獻和專利發展態勢、地域發文及專利分布、研究方向分布和研究熱點等4個方面進行可視化分析。結論如下:(1)近年來,我國果酒行業發展迅速,非葡萄酒類果酒相關專利申請量及占比持續增加,發展潛力巨大;(2)蘋果酒作為僅次于葡萄酒的世界第二大果酒,因其優質、低度、營養、保健的特點,成為非葡萄酒類果酒領域中的關注熱點,從文獻和專利2個方面均可以看出,全球以及國內對于蘋果酒的研究熱度最高且持續時間最久;(3)目前我國在非葡萄酒類果酒領域的專利申請數量上占據優勢,且創新專利技術的應用和推廣將極大推動非葡萄酒類果酒產業的發展;(4)通過運用文獻的主題聚類和專利的IPC代碼分布聚類2種方法,對非葡萄酒類果酒生產技術領域研究熱點和研究前沿進行綜合分析后發現,新型釀酒酵母的篩選及選育成為文獻和專利在近年研究中共同關注的熱點。

同時,在全文的定量統計和定性分析的過程中,通過文獻和專利2個方面的數據看到中國在非葡萄酒類果酒生產技術領域的研究成果雖起步較晚,但發展速度很快;同時非葡萄酒果酒和復合果酒消費量也呈逐年上升的趨勢。據《中國食品報》報道,2019年中國果酒銷量已達11.9萬t[24]。未來,需要經過國內研發人員和申請人不懈的努力,在果酒專用原料品種、專用發酵菌種、釀造工藝、果酒穩定技術、陳釀技術等方面不斷進行技術創新,開發新產品,才能引領我國非葡萄酒果酒行業走向世界。