植物膳食纖維改性技術(shù)專(zhuān)利綜述

張振國(guó) 姚雪漫

摘要? ? 膳食纖維包括水溶性膳食纖維和非水溶性膳食纖維，其中水溶性膳食纖維具有更重要的生理功能，可用于調(diào)節(jié)血壓、降低血糖和血脂等。如何對(duì)膳食纖維進(jìn)行改性以提高水溶性膳食纖維的含量已成為近年來(lái)食品工業(yè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。本文對(duì)植物中膳食纖維改性技術(shù)專(zhuān)利的申請(qǐng)趨勢(shì)、申請(qǐng)產(chǎn)出國(guó)和申請(qǐng)人分布進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，并從物理、化學(xué)、生物和聯(lián)合處理4個(gè)研究方向?qū)ζ浼夹g(shù)方向和技術(shù)手段的發(fā)展脈絡(luò)進(jìn)行了梳理，以期為植物膳食纖維改性技術(shù)的發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞? ? 膳食纖維;改性;水溶性膳食纖維;非水溶性膳食纖維

中圖分類(lèi)號(hào)? ? TS201.2? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? ? A? ? ? ? 文章編號(hào)? ?1007-5739（2019）06-0223-02

Abstract? ? Dietary fiber includes soluble dietary fiber（SDF）and insoluble dietary fiber（IDF）.SDF has more important physiological functions，which can be used to regulate blood pressure，lower blood sugar and blood lipids.How to increase the content of SDF in dietary fiber has become one of the research hotspots in the food industry in recent years.This paper analyzed the application trends，country and applicant distribution of patent for modific-ation on plant dietary fiber.The development of its technical direction and technical means has been sorted out from the four research directions，including physics，chemistry，biology and combined technology，so as to provide references for the development of plant dietary fiber modification technology.

Key words? ? dietary fiber;modification;soluble dietary fiber;insoluble dietary fiber

膳食纖維（dietary fiber，DF）是指具有10個(gè)或以上單體鏈節(jié)的碳水化合物，不能被人體小腸內(nèi)生物酶水解，而且屬于以下范疇：天然存在于消費(fèi)食物中的可食用的碳水化合物，由食物原料經(jīng)物理、酶或化學(xué)法獲得的碳水化合物，對(duì)健康表現(xiàn)出有益的生理作用的人造碳水化合物的聚合物[1]。

根據(jù)其在水中的溶解性，膳食纖維可分為水溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）和非水溶性膳食纖維（inso-luble dietary fiber，IDF）兩大類(lèi)[2]。其中，非水溶性膳食纖維主要作用于腸道并產(chǎn)生機(jī)械蠕動(dòng)效果，而水溶性膳食纖維則更多地發(fā)揮代謝功能，如預(yù)防冠心病和糖尿病、降低血糖及血脂、影響碳水化合物和脂類(lèi)的代謝等。因此，水溶性膳食纖維的組成比例是影響膳食纖維生理功能的一個(gè)重要因素。美國(guó)學(xué)者Richard等人提出，水溶性膳食纖維占總膳食纖維含量的10%以上才是較適宜的膳食纖維組成，而通常在許多天然膳食纖維中，水溶性膳食纖維含量較低，所占比例僅為3%～4%，不能滿(mǎn)足日常需求[3]。

隨著社會(huì)“文明病”的發(fā)病率不斷上升，消費(fèi)者對(duì)具有功能性膳食纖維的需求更為迫切，如何通過(guò)改性處理促使非水溶性膳食纖維向水溶性膳食纖維轉(zhuǎn)化，以增加水溶性膳食纖維含量進(jìn)而發(fā)揮更大的生理功效已成為相關(guān)領(lǐng)域研究者關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。本文對(duì)植物膳食纖維改性技術(shù)專(zhuān)利申請(qǐng)進(jìn)行分析，以期為改性技術(shù)的發(fā)展提供參考。

1? ? 檢索策略選取和樣本選擇

1.1? ? 檢索策略

對(duì)膳食纖維改性技術(shù)的檢索主要通過(guò)關(guān)鍵詞結(jié)合分類(lèi)號(hào)進(jìn)行檢索。關(guān)鍵詞：膳食纖維、抗性淀粉、纖維、木質(zhì)素、果膠、樹(shù)膠、低聚糖、瓜爾豆膠、阿拉伯膠、酸、堿、酶、發(fā)酵、擠壓、爆破、氣爆、蒸煮、膨化、高溫、粉碎、超微、高壓、不溶性、水溶性、可溶性、改性、改善、改良、DF、dietary fiber、dietary fibre、resistant starch、RS、xylogen、pectin、gum、oligosaccharide、oligose、base、acid、enzyme、ferment+、extrusion、gas explosion、airing、boil、cook+、puffing、expand+、+pop+、ultramicro、IDF、SDF、insoluble、soluble、modificat+、improv+。分類(lèi)號(hào)：A23-L1/308、A23L33/21、A23L1、A23L33。

1.2? ? 檢索過(guò)程

在中文專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)中的檢索過(guò)程如下：首先采用分類(lèi)號(hào)A23L1/308和A23L33/21進(jìn)行檢索，發(fā)現(xiàn)其中存在很多添加了膳食纖維的食品以及膳食纖維的提取方法，因而結(jié)合改性、改善、改良等關(guān)鍵詞進(jìn)行相關(guān)檢索，通過(guò)概覽的篩選，排除了部分明顯不屬于膳食纖維提取方法的文獻(xiàn)，之后利用現(xiàn)有技術(shù)中具體的改性方法進(jìn)行擴(kuò)展。

在外文專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)（VEN、DWPI）中的檢索，首先采用準(zhǔn)確的分類(lèi)號(hào)A23L1/308和A23L33/21、結(jié)合modificat+進(jìn)行檢索，之后利用現(xiàn)有技術(shù)中具體的改性方法擴(kuò)展。

2? ? 植物中膳食纖維改性技術(shù)專(zhuān)利申請(qǐng)整體情況

2.1? ? 專(zhuān)利申請(qǐng)量趨勢(shì)分析

由于部分2017年申請(qǐng)的專(zhuān)利并未公開(kāi)，所以本文統(tǒng)計(jì)了截至2016年的專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)據(jù)。由圖1可知，全球的植物膳食纖維改性技術(shù)相關(guān)專(zhuān)利年申請(qǐng)量呈逐年上升的趨勢(shì)。其中，國(guó)外研究起步較早，在1984年首次就相關(guān)技術(shù)申請(qǐng)專(zhuān)利保護(hù)，但是發(fā)展較為平穩(wěn)，從起步發(fā)展至今，年專(zhuān)利申請(qǐng)量雖然有所波動(dòng)，但是浮動(dòng)很小。國(guó)內(nèi)對(duì)植物膳食纖維改性技術(shù)的研究則起步較晚，第一件相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)出現(xiàn)在1993年，從2001年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)的相關(guān)專(zhuān)利年申請(qǐng)量開(kāi)始呈現(xiàn)出逐年增加的趨勢(shì)，2015—2016年申請(qǐng)總量達(dá)45件?？傮w分析，國(guó)外發(fā)展較為平穩(wěn)，而我國(guó)在近年來(lái)增長(zhǎng)勢(shì)頭迅猛。分析我國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)的原因，隨著生活水平的提高，人們更加注重營(yíng)養(yǎng)與健康的生活方式，而植物膳食纖維改性后所具有的生理功能和保健功效迎合了人們的需求，具有市場(chǎng)前景，因而研發(fā)的熱度較高。

2.2? ? 專(zhuān)利申請(qǐng)產(chǎn)出國(guó)分析

專(zhuān)利技術(shù)產(chǎn)出國(guó)的分布能夠明確某一項(xiàng)技術(shù)在各國(guó)的研發(fā)實(shí)力，通過(guò)對(duì)所檢索到的專(zhuān)利文獻(xiàn)產(chǎn)出國(guó)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（圖2）發(fā)現(xiàn)，排名靠前的國(guó)家（地區(qū)）依次為中國(guó)、美國(guó)、日本、歐洲，并且中國(guó)的申請(qǐng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他國(guó)家，呈現(xiàn)出極高的研究開(kāi)發(fā)活躍度。這得益于近年來(lái)中國(guó)對(duì)生命健康、廢物再利用、環(huán)境污染等課題的關(guān)注，相當(dāng)多的高校科研院所和企業(yè)都對(duì)這一領(lǐng)域表現(xiàn)出了極大的關(guān)注，同時(shí)也與中國(guó)等亞洲國(guó)家更重視植物資源的開(kāi)發(fā)利用有關(guān)。

2.3? ? 申請(qǐng)人類(lèi)型分布分析

對(duì)國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人類(lèi)型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后發(fā)現(xiàn)，約有50%的申請(qǐng)人都來(lái)自高校及科研院所。進(jìn)一步對(duì)高校及科研院所的申請(qǐng)人統(tǒng)計(jì)分析后發(fā)現(xiàn)，申請(qǐng)量最多的高校及科研院所依次為陜西科技大學(xué)、南昌大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，其他高校及科研院所的申請(qǐng)量則相對(duì)較少。國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人類(lèi)型中，企業(yè)的申請(qǐng)量約占41%，多數(shù)為科技型公司，制造型企業(yè)相對(duì)較少。由此可見(jiàn)，植物中膳食纖維改性方法的專(zhuān)利技術(shù)大部分還停留在科研階段，而且從申請(qǐng)內(nèi)容看，企業(yè)申請(qǐng)的技術(shù)與高校申請(qǐng)的內(nèi)容相比，前者更注重于生產(chǎn)效率和成本，而后者更偏重于各種高新技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)于生產(chǎn)成本考慮較少。因此，大部分技術(shù)雖然可行，但是生產(chǎn)成本相對(duì)較高，從而制約了其在工業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展。為了更好地兼顧生產(chǎn)成本及效果，下一步應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)高校與企業(yè)合作研究。

對(duì)國(guó)外申請(qǐng)人類(lèi)型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，約65%的申請(qǐng)來(lái)自企業(yè)，而學(xué)校與個(gè)人的申請(qǐng)量只占約35%。由此可以看出，國(guó)外企業(yè)對(duì)科技研究和技術(shù)成果的保護(hù)觀(guān)念要強(qiáng)于我國(guó)企業(yè)，而且對(duì)實(shí)用性要求相對(duì)較高，進(jìn)一步對(duì)國(guó)外企業(yè)申請(qǐng)人統(tǒng)計(jì)分析后發(fā)現(xiàn)，申請(qǐng)量最多的企業(yè)為美國(guó)國(guó)民淀粉化學(xué)有限公司。

3? ? 植物膳食纖維改性技術(shù)分支分析及其發(fā)展趨勢(shì)

3.1? ? 植物膳食纖維改性技術(shù)分支分析

植物中膳食纖維改性技術(shù)主要有4種，包括物理方法、化學(xué)方法、生物方法和同時(shí)運(yùn)用上述2種或3種方法聯(lián)合處理。國(guó)內(nèi)對(duì)物理方法和聯(lián)合方法改性膳食纖維保持了極高的研究熱度，分析原因則可能是國(guó)內(nèi)對(duì)膳食纖維改性技術(shù)的研究起步較晚，可以分析國(guó)外已有的較為成熟的技術(shù)，能對(duì)各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)有一定了解。因此，研究重點(diǎn)更多集中在簡(jiǎn)便易操作的物理方法和有效提升產(chǎn)率與品質(zhì)的聯(lián)合方法上。國(guó)外對(duì)膳食纖維改性技術(shù)的研究熱點(diǎn)集中于物理方法和化學(xué)方法上，分析原因可能是國(guó)外對(duì)于改性技術(shù)的研究較早，在研究早期目光更集中于操作簡(jiǎn)便的物理方法和化學(xué)方法上。經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得出，國(guó)外對(duì)于化學(xué)方法改性技術(shù)共申請(qǐng)專(zhuān)利20件，其中有12件集中于2006年以前。

3.2? ? 植物中膳食纖維改性技術(shù)分支發(fā)展?fàn)顩r

3.2.1? ? 物理方法改性。物理方法改性包括擠壓膨化、超微粉碎、高溫蒸煮等。雖然國(guó)外使用物理方法進(jìn)行改性探究要早于國(guó)內(nèi)，國(guó)內(nèi)該技術(shù)起步較晚，但是國(guó)內(nèi)物理手段的探索嘗試相對(duì)于國(guó)外申請(qǐng)而言要進(jìn)步許多，而且國(guó)內(nèi)對(duì)物理方法的研究不局限于使用單一物理方法進(jìn)行改性。國(guó)外對(duì)于物理方法改性技術(shù)一直保持一定的關(guān)注度，而國(guó)內(nèi)對(duì)該方法的研究則呈現(xiàn)出一定的上升趨勢(shì)，分析原因是由于物理方法的簡(jiǎn)便、易操作性使其應(yīng)用范圍更廣，因而更受研究者關(guān)注。

3.2.2? ? 化學(xué)方法改性。化學(xué)方法改性包括采用酸、堿等處理和通過(guò)修飾的方法改性。利用酸、堿等處理可部分改變膳食纖維的結(jié)構(gòu)使其具有較優(yōu)良的性質(zhì)和功能;修飾改性則是利用膳食纖維結(jié)構(gòu)中含有的羥基和羧基進(jìn)行酯化和醚化改性，提高其生物活性和功能特性[4]。國(guó)外在2007年以后對(duì)化學(xué)方法改性技術(shù)的探究關(guān)注度較低，而國(guó)內(nèi)對(duì)該方法的研究也并未呈現(xiàn)出持續(xù)性增長(zhǎng)。該研究缺乏連續(xù)性的原因可能是由于目前國(guó)內(nèi)外均更加注重環(huán)境保護(hù)，而化學(xué)方法雖然方便快捷，但是其污染環(huán)境，并且化學(xué)基團(tuán)的引入也會(huì)給食品安全帶來(lái)較大風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.3? ? 生物方法改性。生物方法改性包括酶法和發(fā)酵法改性。酶法是利用生物酶將大分子組分酶解，縮短分子長(zhǎng)度，使其轉(zhuǎn)化成水溶性膳食纖維;而發(fā)酵法則是利用微生物生長(zhǎng)過(guò)程中分泌的酶和酸等發(fā)酵產(chǎn)生強(qiáng)化膳食纖維功能特性的技術(shù)[3]。1991年EP0474230A1首次公開(kāi)了可使用酶解方法改性膳食纖維;國(guó)內(nèi)首次關(guān)于酶解方法改性的專(zhuān)利申請(qǐng)則是在2004年由美國(guó)嘉吉有限公司提出。而國(guó)內(nèi)首次通過(guò)微生物發(fā)酵改性膳食纖維則早于國(guó)外，2005年南昌大學(xué)公開(kāi)可利用乳酸菌產(chǎn)生乳酸模擬化學(xué)處理方法對(duì)膳食纖維進(jìn)行改性;2010年BR201015654A2首次公開(kāi)了可通過(guò)接種干酪乳桿菌發(fā)酵改性膳食纖維。國(guó)內(nèi)在2010年以后提高了對(duì)生物方法改性膳食纖維的關(guān)注度，總結(jié)原因是因?yàn)樯锓椒ǜ男詶l件溫和，生理活性、物化特性等提高更多，能取得更好的效果，而且近年來(lái)人們對(duì)生物方法的探索研究分析得更為透徹。

3.2.4? ? 聯(lián)合方法改性?，F(xiàn)有技術(shù)中的物理方法、化學(xué)方法和生物技術(shù)方法單獨(dú)使用均存在一定缺陷，而使用聯(lián)合方法則一方面可以揚(yáng)長(zhǎng)避短，另一方面可以相互協(xié)作，更有效地提升膳食纖維的產(chǎn)率及品質(zhì)。2003年JP2003012537A首次公開(kāi)使用熱處理后，加酸調(diào)節(jié)pH值進(jìn)行酶解改性膳食纖維;而國(guó)內(nèi)首次使用聯(lián)合方法改性膳食纖維則是出現(xiàn)在2008年，CN101664165A公開(kāi)了使用堿提-超微粉碎方法對(duì)膳食纖維進(jìn)行改性?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在今后的研發(fā)中，聯(lián)合方法勢(shì)必成為熱點(diǎn)。

3.3? ? 植物中膳食纖維改性技術(shù)發(fā)展分布

通過(guò)對(duì)植物膳食纖維改性技術(shù)發(fā)展分布進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不同技術(shù)在不同時(shí)間段申請(qǐng)量存在差異，但是該領(lǐng)域的研發(fā)人員對(duì)各個(gè)技術(shù)均保持了一定的關(guān)注。涉及化學(xué)方法改性的專(zhuān)利在2014—2016年出現(xiàn)了增多的趨勢(shì)，原因在于成都銜石科技有限公司在此期間集中申請(qǐng)了一系列關(guān)于化學(xué)接枝修飾改性的專(zhuān)利?？傮w來(lái)看，涉及物理方法和聯(lián)合方法改性的專(zhuān)利申請(qǐng)較多，具體原因是食用安全性及生產(chǎn)效率是食品生產(chǎn)和食用非常重要的2個(gè)方面。在今后的研發(fā)中，膳食纖維改性技術(shù)的進(jìn)一步研發(fā)會(huì)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)CNABS和VEN等數(shù)據(jù)庫(kù)收錄的專(zhuān)利為樣本，對(duì)植物膳食纖維改性技術(shù)的研究發(fā)展做了分析，并進(jìn)一步分析了國(guó)內(nèi)外關(guān)于該技術(shù)的專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)、主要技術(shù)分支、技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)等。通過(guò)上述分析可以看出，雖然中國(guó)的申請(qǐng)量位居首位，但很多都處于研究階段，離真正的工業(yè)化應(yīng)用還有一段距離。因此，中國(guó)在植物膳食纖維改性技術(shù)方面還有很大的發(fā)展空間，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人應(yīng)借鑒國(guó)外的發(fā)展方向和技術(shù)，使自身的技術(shù)更偏向于實(shí)際應(yīng)用，從而獲得進(jìn)一步發(fā)展。

5? ? 參考文獻(xiàn)

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