人造肉領(lǐng)域國際創(chuàng)新發(fā)展態(tài)勢分析*

李東巧 謝華玲 楊艷萍**， 王文月 張 輝

（1.中國科學(xué)院文獻(xiàn)情報中心，北京100190；2.中國農(nóng)村技術(shù)開發(fā)中心，北京100045）

近年來，在糧食安全、可持續(xù)發(fā)展等多重因素的影響下，全球肉類食品體系面臨肉類消費需求持續(xù)增加［1］、飼養(yǎng)家畜引發(fā)環(huán)境負(fù)擔(dān)過重［2，3］、肉類食品安全［4］和動物福利問題逐漸突出等若干問題，因此，尋找新的肉類替代品成為食品體系轉(zhuǎn)型的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在此背景下，人造肉逐漸走進(jìn)更多人的視野，并被《麻省理工科技評論》評選為2019年十大突破性技術(shù)之一［5］。世界經(jīng)濟(jì)論壇［6，7］、蘭德公司［8］等國際組織和智庫機構(gòu)紛紛探討人造肉的未來發(fā)展及影響，美國［9，10］、歐盟［11］等國家和地區(qū)也啟動相關(guān)戰(zhàn)略部署，大力推動人造肉領(lǐng)域的發(fā)展。

從來源的角度來看，人造肉主要包括植物蛋白肉、細(xì)胞培養(yǎng)肉和其他肉類替代品。植物蛋白肉是指利用植物蛋白與其他植物性成分，通過合成、加工而形成的具有鮮肉味道和營養(yǎng)價值的植物肉［12］；細(xì)胞培養(yǎng)肉是指在特定的培養(yǎng)條件下，在培養(yǎng)基中利用肌細(xì)胞、脂肪細(xì)胞等動物細(xì)胞培養(yǎng)出的動物肉［13］；其他肉類替代品是指除了植物蛋白肉和細(xì)胞培養(yǎng)肉以外的肉類替代品，包括以真菌、乳蛋白、雞蛋蛋白、魚蛋白、昆蟲蛋白和其他新型蛋白質(zhì)培養(yǎng)的人造肉產(chǎn)品。

近年來，人造肉產(chǎn)業(yè)發(fā)展不斷取得突破性進(jìn)展。在植物蛋白肉領(lǐng)域，美國Beyond Meat和Impossible Foods兩家公司取得了里程碑式突破。2016年，Beyond Meat推出全球首款外觀、味覺和真正的牛肉幾乎沒有差別的素肉漢堡。2018年，美國食品藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）認(rèn)證 Impossible Foods公司大豆血紅素蛋白（血紅素）的食用安全性。2019年4月，Impossible Foods與漢堡王合作推出添加血紅素的人造肉漢堡。而我國也早已存在素肉、面筋等傳統(tǒng)植物蛋白肉，其主要由蘑菇、大豆蛋白、小麥面筋以及豆類等組成［14］。在細(xì)胞培養(yǎng)肉領(lǐng)域，荷蘭科學(xué)家Mark Post于2011年培育出長約2.5 cm、寬約1 cm、薄得近乎透明的肉片，這也是全球首次成功培育出人造肉。2013年，Mark Post將約10000片肉片堆在一起，造出了全球第一塊細(xì)胞培養(yǎng)肉餅［15］。2016年，美國食品技術(shù)公司Memphis Meats研制出了全球首個人造牛肉丸和人造雞肉。2018年12月，以色列研究團(tuán)隊宣布在實驗室中培育出人造牛排。2019年3月，日本東京大學(xué)和日清食品控股公司通過人工培育牛肌肉細(xì)胞成功制成約1立方厘米的人造牛排。目前，中國人造肉產(chǎn)業(yè)也邁入新的征途。2019年11月，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)周光宏團(tuán)隊使用第六代豬肌肉干細(xì)胞生產(chǎn)出重達(dá)5克的人造培養(yǎng)肉，這是國內(nèi)首例由動物干細(xì)胞擴增培養(yǎng)而成的人造肉［16］。

總體而言，人造肉是改善居民食物結(jié)構(gòu)、緩解環(huán)境與社會問題的有效途徑，也是未來發(fā)展的一個重要趨勢。本文從論文和專利的角度出發(fā)，對人造肉領(lǐng)域的發(fā)展趨勢、主要國家、主要機構(gòu)、研究熱點、高被引論文、重要專利和當(dāng)前存在的問題等進(jìn)行分析，力求能全面系統(tǒng)地反映人造肉領(lǐng)域的現(xiàn)狀，以期為我國人造肉領(lǐng)域的研發(fā)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與分析方法

本文分別以Web of Science數(shù)據(jù)庫和IncoPat專利數(shù)據(jù)庫為論文和專利的數(shù)據(jù)來源，以人造肉、植物蛋白肉、細(xì)胞培養(yǎng)肉等關(guān)鍵詞為檢索詞，采用布爾邏輯檢索的方式編寫檢索式，檢索時間為2020年3月。經(jīng)人工剔除和領(lǐng)域?qū)＜遗凶x，共遴選出人造肉領(lǐng)域相關(guān)論文496篇、相關(guān)專利824項。

數(shù)據(jù)下載后，利用 Derwent Data Analyzer、UCINET、Derwent Innovation、Innography、IncoPat等工具進(jìn)行計量分析。具體檢索式如表1所示。

表1 人造肉領(lǐng)域相關(guān)檢索式Tab.1 Related Retrieval Formulas in the Field of Artificial Meat

2 年度趨勢分析

根據(jù)人造肉領(lǐng)域論文和專利數(shù)量的年度分布趨勢，人造肉領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展大致劃分為三個階段（圖1）。

圖1 人造肉領(lǐng)域年度趨勢分析Fig.1 Annual Trend in the Field of Artificial Meat

1）萌芽期（1915—1964年）

1915年到1964年期間，人造肉領(lǐng)域的研究成果較少，屬于萌芽期。早期人造肉的方案主要是以脫脂蛋白粉為原料，將其加水、經(jīng)酸堿處理、切絲、粘合成型，制成具有咀嚼感的蛋白肉，但是這種制造工藝成本較高、營養(yǎng)損失率高、口感也較差。

2）緩慢增長期（1965—2012年）

1965年到2012年期間，人造肉領(lǐng)域的研究成果呈現(xiàn)波動增長趨勢，年度發(fā)文量從1篇增長至14篇，年度專利數(shù)量從4項增長至22項，屬于緩慢增長期。植物蛋白肉領(lǐng)域的研究內(nèi)容主要涉及產(chǎn)品制作過程中各原料的配比和類型，以及加工過程中溫度、壓力和橫切面控制等；細(xì)胞培養(yǎng)肉領(lǐng)域的研究內(nèi)容主要涉及將肌肉細(xì)胞、干細(xì)胞等在營養(yǎng)液中進(jìn)行體外培養(yǎng)，誘導(dǎo)細(xì)胞向三維結(jié)構(gòu)生長。此外，還涉及了利用粘合劑、著色劑、香精等方法從外觀和味道上對人造肉進(jìn)行改造的相關(guān)研究。

3）快速增長期（2013—2020年）

2013年，荷蘭科學(xué)家向全世界展示了第一塊人造肉漢堡，從此引發(fā)全球?qū)θ嗽烊獾臉O大關(guān)注和討論，人造肉領(lǐng)域的研究成果也呈現(xiàn)快速增長趨勢。在此期間，如何更好地改善人造肉的營養(yǎng)、外觀和口感成為研究人員主要的研究方向。其中，植物蛋白肉領(lǐng)域的研究內(nèi)容主要涉及通過添加不同的蛋白質(zhì)來源，如添加花生蛋白、玉米蛋白、火麻仁蛋白等，豐富人造肉的營養(yǎng)；細(xì)胞培養(yǎng)肉領(lǐng)域的研究內(nèi)容主要涉及培養(yǎng)骨骼肌細(xì)胞、肌肉干細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞等，以及利用3D打印技術(shù)等制作培養(yǎng)肉等。此外，還涉及了添加大豆血紅蛋白（血紅素）、甜菜提取物等色素添加劑，以及植物萃取的肉味香精和椰香素肉等調(diào)味料，提高人造肉的外觀和口感（由于專利申請到專利公開有18個月的滯后期，因此，數(shù)據(jù)還不全的年份用虛線表示）。

3 主要國家分析

3.1 主要發(fā)文國家

美國發(fā)表的人造肉論文量最多，為112篇；其中，植物蛋白肉和細(xì)胞培養(yǎng)肉的論文量均排在全球首位，分別為66篇和44篇，均遠(yuǎn)高于處于第二位的荷蘭。中國共發(fā)表人造肉相關(guān)論文27篇，發(fā)文總量排在全球第五位；其中植物蛋白肉和細(xì)胞培養(yǎng)肉的論文量依次為18篇和9篇，與美國的論文量差距較大。除英國和澳大利亞更關(guān)注細(xì)胞培養(yǎng)肉的相關(guān)研究外，其余國家植物蛋白肉的論文量高于細(xì)胞培養(yǎng)肉的論文量（圖2）。

圖2 人造肉領(lǐng)域TOP 10論文發(fā)表國家分布Fig.2 TOP 10 Countries of Papers in the Field of Artificial Meat

3.2 主要專利申請人所屬國家/受理國家

從專利申請人所屬國家來看，美國和中國的專利申請量遙遙領(lǐng)先，分別為270項和268項，屬于第一梯隊；日本的專利申請量為143項，屬于第二梯隊；瑞士、韓國、英國等其他國家的專利申請數(shù)量均在25項以下（含25項），屬于第三梯隊（圖3）。

圖3 人造肉領(lǐng)域主要專利申請人所屬國家分析Fig.3 Major Patent Application Countries in the Field of Artificial Meat

從專利技術(shù)受理國家來看，中國、美國、日本、韓國和加拿大是該領(lǐng)域受關(guān)注度較高的國家。其中，中國的專利受理數(shù)量位居全球首位（312項），是最受關(guān)注的國家；其次是美國，其專利受理數(shù)量為187項；日本位列第三位，其專利受理數(shù)量為111項（圖4）。

圖4 人造肉領(lǐng)域主要專利受理國家分析Fig.4 Major Patent Publication Countries in the Field of Artificial Meat

4 主要機構(gòu)分析

4.1 主要發(fā)文機構(gòu)

人造肉相關(guān)的研究機構(gòu)以科研院所和高校為主，發(fā)文量在6篇以上的機構(gòu)共有12家。其中，來自德國的機構(gòu)有3家，荷蘭和美國的機構(gòu)各有2家，來自瑞士、中國、法國、比利時和新西蘭的機構(gòu)各有一家。其中，荷蘭瓦赫寧根大學(xué)及研究中心的發(fā)文量位居全球首位（37篇），其次為美國密蘇里大學(xué)（13篇）；中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院以8篇的發(fā)文量排在全球第六位（圖5）。其中，荷蘭瓦赫寧根大學(xué)及研究中心、美國密蘇里大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院、德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院和美國羅馬琳達(dá)大學(xué)等機構(gòu)主要從事植物蛋白肉相關(guān)研究；荷蘭馬斯特里赫特大學(xué)、法國國家農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院等機構(gòu)主要從事細(xì)胞培養(yǎng)肉相關(guān)研究。

圖5 人造肉領(lǐng)域TOP 12論文發(fā)表機構(gòu)分析Fig.5 TOP 12 Organizations of Papers in the Field of Artificial Meat

4.2 主要專利申請機構(gòu)

美國多個機構(gòu)的專利申請數(shù)量均較多，除排名第一的Impossible Foods公司（55項）外，卡夫食品公司（Kraft Foods Inc.）、2012年并購舒萊公司（SOLAE LLC）的陶氏杜邦公司（Dow Du Pont）、Beyond Meat公司和世界第六大食品公司——通用磨坊食品公司（General Mills Inc.）的專利申請數(shù)量均進(jìn)入全球前十位。從近三年的專利占比來看，Impossible Foods公司的專利申請最為活躍，說明該公司非常重視在該領(lǐng)域的研究。我國貴州省貝真食業(yè)有限公司（貴州）、佛山市聚成生化技術(shù)研發(fā)有限公司（廣東）和財團(tuán)法人食品工業(yè)發(fā)展研究所（臺灣）的專利申請數(shù)量分別為36項、17項和9項，均進(jìn)入全球前十位（表2）。

表2 人造肉領(lǐng)域TOP 10專利申請機構(gòu)分析Tab.2 TOP 10 Organizations of Patent in the Field of Artificial Meat

從專利的平均被引頻次來看，美國卡夫食品公司的平均被引頻次最高，為15.8；通用磨坊食品公司的平均被引頻次位列第二位，為8.7；Beyond Meat公司和Impossible Foods公司的平均被引頻次分別為1.9和1.5。中國機構(gòu)專利的平均被引頻次均在1.5以下，相關(guān)專利的影響力還有待加強（圖6）。

圖6 人造肉領(lǐng)域TOP 10專利申請機構(gòu)論文平均被引頻次分析Fig.6 Average Citated Frequency of TOP 10 Organizations of Papers in the Field of Artificial Meat

5 研究主題分析

人造肉技術(shù)領(lǐng)域的主要研究熱點集中在原料來源、加工設(shè)備、輔料與理化特性等方面。其中，原料來源主要包括大豆蛋白、豌豆蛋白、花生蛋白、小麥蛋白等植物蛋白，以及雞源肌細(xì)胞、羊源肌細(xì)胞、鼠源肌細(xì)胞等動物細(xì)胞；加工設(shè)備包括雙螺桿植物蛋白加工設(shè)備、植物蛋白擠出機等；輔料與理化特性包括添加半胱氨酸、天冬氨酸等食品添加劑改善食品味道，以及改善植物纖維優(yōu)化食品的外觀等。通過中美相關(guān)研究布局對比來看，中美兩國在人造肉的專利研發(fā)內(nèi)容各有側(cè)重。其中，中國的研究主要集中在植物蛋白肉和加工設(shè)備等方面；美國則主要集中在人造肉外觀質(zhì)地和細(xì)胞培養(yǎng)基等方面的研究（圖7）。

圖7 人造肉領(lǐng)域?qū)＠芯恐黝}分布Fig.7 Research Topic in The Field of Artificial Meat

6 重要專利分析

專利強度（Patent Strength）是Innography平臺獨創(chuàng)的專利評價指標(biāo)，可對現(xiàn)有專利進(jìn)行潛在價值評分。評分依據(jù)來自于專利引證、訴訟數(shù)量、權(quán)利要求數(shù)及長度、審查時間等十余項指標(biāo)。本研究重點分析人造肉領(lǐng)域?qū)＠麖姸仍谇岸坏膶＠?/p>

其中，美國是該領(lǐng)域重要專利的主要來源國家，數(shù)量為17項；其次為中國和瑞士，數(shù)量均為2項；最后是墨西哥，數(shù)量為1項。從當(dāng)前法律狀態(tài)來看，美國的授權(quán)專利數(shù)量最多，為11項，包括Impossible Foods公司申請的關(guān)于影響食品風(fēng)味和香氣分布的方法和組合物的相關(guān)專利（US9011949B2、US9808029B2、US9943096B2、US20150366233A1、US9826772B2、US20190008192A1、US10039306B2、US20170342132A1），密蘇里大學(xué)申請的利用非人肌細(xì)胞的多細(xì)胞體制作人造肉的相關(guān)專利（CN103747693B），以及Beyond Meet公司申請的關(guān)于營養(yǎng)密集型肉類結(jié)構(gòu)蛋白產(chǎn)品的方法和工藝制作的相關(guān)專利（US20170105438A1、US9526267B2）。此外，中國申請的2項重要專利均有授權(quán)，分別為大山合集團(tuán)有限公司申請的關(guān)于香菇素肉松制作方法的相關(guān)專利（CN1826969B），以及祖名豆制品股份有限公司申請的關(guān)于大豆組織蛋白素肉松制作方法的相關(guān)專利（CN103704463B）（表3）。

表3 人造肉領(lǐng)域?qū)＠鸗OP 22專利強度分析Tab.3 TOP 22 Patent Strength in the Field of Artificial Meat

7 產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，人造肉領(lǐng)域的相關(guān)企業(yè)主要包括植物蛋白肉巨頭 Beyond Meat、Impossible Foods，以及細(xì)胞培養(yǎng)肉的領(lǐng)先研發(fā)公司Memphis Meats等，以及Mosa Meat、JUST和Good Catch等新興企業(yè)，產(chǎn)品涵蓋牛肉、豬肉、家禽甚至是海鮮等領(lǐng)域。此外，泰森食品、雀巢、星巴克和嘉吉等傳統(tǒng)食品巨頭也紛紛進(jìn)入該行業(yè)。其中，2019年4月2日，漢堡王與Impossible Foods公司宣布合作，在圣路易斯地區(qū)的59家漢堡王餐廳銷售“植物肉”漢堡。2020年1月21日，星巴克宣布計劃開發(fā)植物人造肉產(chǎn)品，并將其納入2030年的長期計劃中。該消息引起植物人造肉公司Beyond Meat股價再次大漲。

近年來，人造肉企業(yè)也不斷受到比爾蓋茨、泰森食品、淡馬錫等眾多投資者的關(guān)注。受資助的植物蛋白肉公司主要包括美國的BeyondMeat和Impossible Foods公司、以色列的ChickP公司、中國的Starfield星期零和Right Treat公司、芬蘭的Gold＆Green公司、荷蘭的Ojah和The Vegetarian Butcher公司、新西蘭的Sunfed Meats公司等。受資助的細(xì)胞培養(yǎng)肉公司主要包括以色列的Aleph Farms、Future Meat Technologies、SuperMeat公司；美國的 Finless Foods、JUST、Memphis Meats和Wild Type公司；英國的Higher Steaks公司；日本的Integriculture公司；荷蘭的 Mosa Meat公司［17］（表4）。

表4 新興的人造肉公司Tab.4 Emerging Artificial Meat Company

8 總結(jié)與展望

近年來，人造肉領(lǐng)域的科研產(chǎn)出規(guī)模不斷擴大。美國在人造肉領(lǐng)域處于全球領(lǐng)先地位，專利申請數(shù)量和重要專利數(shù)量均位居全球首位；中國專利申請數(shù)量位居全球第二位，但是重要專利數(shù)量較少。人造肉領(lǐng)域的發(fā)文機構(gòu)以科研院所和高校為主，荷蘭瓦赫寧根大學(xué)及研究中心的發(fā)文量位居全球首位；美國多個機構(gòu)的專利數(shù)量均較多，除排名第一位的Impossible Foods公司外，卡夫食品公司、2012年并購舒萊公司的陶氏杜邦公司、Beyond Meat公司和通用磨坊食品公司的專利數(shù)量均進(jìn)入全球前十位。未來我國應(yīng)當(dāng)對在人造肉市場化發(fā)展走在前列的機構(gòu)給予政策支持和資金扶持，加大機構(gòu)自身的研發(fā)投入，提升機構(gòu)的核心競爭力，加速人造肉的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。此外，還應(yīng)當(dāng)擴大人造肉領(lǐng)域的技術(shù)轉(zhuǎn)移需求，打通技術(shù)轉(zhuǎn)移從需求、評估到轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化的全鏈條，加強科技成果的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化，為人造肉領(lǐng)域的發(fā)展提供強勁動力。

當(dāng)前人造肉領(lǐng)域的主要研究熱點集中在原料來源、加工設(shè)備、輔料與理化特性等方面。其中，原料來源主要包括大豆蛋白、豌豆蛋白等植物蛋白，以及雞源肌細(xì)胞、羊源肌細(xì)胞等動物細(xì)胞；加工設(shè)備包括雙螺桿植物蛋白加工設(shè)備、植物蛋白擠出機等；輔料與理化特性包括添加半胱氨酸、天冬氨酸等食品添加劑改善食品味道，以及改善植物纖維優(yōu)化食品的外觀等。此外，科研人員還研發(fā)出一批植物蛋白肉和細(xì)胞培養(yǎng)肉產(chǎn)品，但是與傳統(tǒng)肉相比，無論是植物蛋白肉的風(fēng)味和營養(yǎng)，還是細(xì)胞培養(yǎng)肉的擴大培養(yǎng)都存在一定差距，因此，如何更好地改善人造肉的營養(yǎng)、外觀和口感也成為研究人員主要的研究方向。為了盡快彌補短板，我國應(yīng)當(dāng)針對人造肉研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)難題加大研發(fā)投入，鼓勵開展科學(xué)創(chuàng)新研究，推進(jìn)人造肉的研發(fā)進(jìn)程，同時加強國際交流與合作，鼓勵和支持研究人員到國際一流大學(xué)和研究機構(gòu)進(jìn)修學(xué)習(xí)，加強對國外先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)，擴大創(chuàng)新能力開放合作，促進(jìn)和推進(jìn)協(xié)同創(chuàng)新。