植物膳食纖維改性技術專利綜述
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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，可用于調節血壓、降低血糖和血脂等。如何對膳食纖維進行改性以提高水溶性膳食纖維的含量已成為近年來食品工業領域的研究熱點之一。本文對植物中膳食纖維改性技術專利的申請趨勢、申請產出國和申請人分布進行了統計分析，并從物理、化學、生物和聯合處理4個研究方向對其技術方向和技術手段的發展脈絡進行了梳理，以期為植物膳食纖維改性技術的發展提供參考。
關鍵詞 膳食纖維;改性;水溶性膳食纖維;非水溶性膳食纖維
中圖分類號 TS201.2 文獻標識碼 A 文章編號 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個或以上單體鏈節的碳水化合物，不能被人體小腸內生物酶水解，而且屬于以下范疇：天然存在于消費食物中的可食用的碳水化合物，由食物原料經物理、酶或化學法獲得的碳水化合物，對健康表現出有益的生理作用的人造碳水化合物的聚合物[1]。
根據其在水中的溶解性，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[2]。其中，非水溶性膳食纖維主要作用于腸道并產生機械蠕動效果，而水溶性膳食纖維則更多地發揮代謝功能，如預防冠心病和糖尿病、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重要因素。美國學者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%，不能滿足日常需求[3]。
隨著社會“文明病”的發病率不斷上升，消費者對具有功能性膳食纖維的需求更為迫切，如何通過改性處理促使非水溶性膳食纖維向水溶性膳食纖維轉化，以增加水溶性膳食纖維含量進而發揮更大的生理功效已成為相關領域研究者關注的熱點問題。本文對植物膳食纖維改性技術專利申請進行分析，以期為改性技術的發展提供參考。
1 檢索策略選取和樣本選擇
1.1 檢索策略
對膳食纖維改性技術的檢索主要通過關鍵詞結合分類號進行檢索。關鍵詞：膳食纖維、抗性淀粉、纖維、木質素、果膠、樹膠、低聚糖、瓜爾豆膠、阿拉伯膠、酸、堿、酶、發酵、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+。分類號：A23-L1/308、A23L33/21、A23L1、A23L33。
1.2 檢索過程
在中文專利數據庫中的檢索過程如下：首先采用分類號A23L1/308和A23L33/21進行檢索，發現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，因而結合改性、改善、改良等關鍵詞進行相關檢索，通過概覽的篩選，排除了部分明顯不屬于膳食纖維提取方法的文獻，之后利用現有技術中具體的改性方法進行擴展。 在外文專利數據庫（VEN、DWPI）中的檢索，首先采用準確的分類號A23L1/308和A23L33/21、結合modificat+進行檢索，之后利用現有技術中具體的改性方法擴展。
2 植物中膳食纖維改性技術專利申請整體情況
2.1 專利申請量趨勢分析
由于部分2017年申請的專利并未公開，所以本文統計了截至2016年的專利申請數據。由圖1可知，全球的植物膳食纖維改性技術相關專利年申請量呈逐年上升的趨勢。其中，國外研究起步較早，在1984年首次就相關技術申請專利保護，但是發展較為平穩，從起步發展至今，年專利申請量雖然有所波動，但是浮動很小。國內對植物膳食纖維改性技術的研究則起步較晚，第一件相關專利申請出現在1993年，從2001年開始，國內的相關專利年申請量開始呈現出逐年增加的趨勢，2015—2016年申請總量達45件?？傮w分析，國外發展較為平穩，而我國在近年來增長勢頭迅猛。分析我國專利申請呈現逐年上升趨勢的原因，隨著生活水平的提高，人們更加注重營養與健康的生活方式，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，具有市場前景，因而研發的熱度較高。
2.2 專利申請產出國分析
專利技術產出國的分布能夠明確某一項技術在各國的研發實力，通過對所檢索到的專利文獻產出國進行統計分析（圖2）發現，排名靠前的國家（地區）依次為中國、美國、日本、歐洲，并且中國的申請量遠遠高于其他國家，呈現出極高的研究開發活躍度。這得益于近年來中國對生命健康、廢物再利用、環境污染等課題的關注，相當多的高校科研院所和企業都對這一領域表現出了極大的關注，同時也與中國等亞洲國家更重視植物資源的開發利用有關。
2.3 申請人類型分布分析
對國內申請人類型進行統計分析后發現，約有50%的申請人都來自高校及科研院所。進一步對高校及科研院所的申請人統計分析后發現，申請量最多的高校及科研院所依次為陜西科技大學、南昌大學、中國農業大學，其他高校及科研院所的申請量則相對較少。國內申請人類型中，企業的申請量約占41%，多數為科技型公司，制造型企業相對較少。由此可見，植物中膳食纖維改性方法的專利技術大部分還停留在科研階段，而且從申請內容看，企業申請的技術與高校申請的內容相比，前者更注重于生產效率和成本，而后者更偏重于各種高新技術的應用，對于生產成本考慮較少。因此，大部分技術雖然可行，但是生產成本相對較高，從而制約了其在工業中的應用發展。為了更好地兼顧生產成本及效果，下一步應當加強高校與企業合作研究。
對國外申請人類型進行統計分析發現，約65%的申請來自企業，而學校與個人的申請量只占約35%。由此可以看出，國外企業對科技研究和技術成果的保護觀念要強于我國企業，而且對實用性要求相對較高，進一步對國外企業申請人統計分析后發現，申請量最多的企業為美國國民淀粉化學有限公司。
3 植物膳食纖維改性技術分支分析及其發展趨勢
3.1 植物膳食纖維改性技術分支分析
植物中膳食纖維改性技術主要有4種，包括物理方法、化學方法、生物方法和同時運用上述2種或3種方法聯合處理。國內對物理方法和聯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內對膳食纖維改性技術的研究起步較晚，可以分析國外已有的較為成熟的技術，能對各種方法的優缺點有一定了解。因此，研究重點更多集中在簡便易操作的物理方法和有效提升產率與品質的聯合方法上。國外對膳食纖維改性技術的研究熱點集中于物理方法和化學方法上，分析原因可能是國外對于改性技術的研究較早，在研究早期目光更集中于操作簡便的物理方法和化學方法上。經數據統計得出，國外對于化學方法改性技術共申請專利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分支發展狀況
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。雖然國外使用物理方法進行改性探究要早于國內，國內該技術起步較晚，但是國內物理手段的探索嘗試相對于國外申請而言要進步許多，而且國內對物理方法的研究不局限于使用單一物理方法進行改性。國外對于物理方法改性技術一直保持一定的關注度，而國內對該方法的研究則呈現出一定的上升趨勢，分析原因是由于物理方法的簡便、易操作性使其應用范圍更廣，因而更受研究者關注。
3.2.2 化學方法改性?；瘜W方法改性包括采用酸、堿等處理和通過修飾的方法改性。利用酸、堿等處理可部分改變膳食纖維的結構使其具有較優良的性質和功能;修飾改性則是利用膳食纖維結構中含有的羥基和羧基進行酯化和醚化改性，提高其生物活性和功能特性[4]。國外在2007年以后對化學方法改性技術的探究關注度較低，而國內對該方法的研究也并未呈現出持續性增長。該研究缺乏連續性的原因可能是由于目前國內外均更加注重環境保護，而化學方法雖然方便快捷，但是其污染環境，并且化學基團的引入也會給食品安全帶來較大風險。
3.2.3 生物方法改性。生物方法改性包括酶法和發酵法改性。酶法是利用生物酶將大分子組分酶解，縮短分子長度，使其轉化成水溶性膳食纖維;而發酵法則是利用微生物生長過程中分泌的酶和酸等發酵產生強化膳食纖維功能特性的技術[3]。1991年EP0474230A1首次公開了可使用酶解方法改性膳食纖維;國內首次關于酶解方法改性的專利申請則是在2004年由美國嘉吉有限公司提出。而國內首次通過微生物發酵改性膳食纖維則早于國外，2005年南昌大學公開可利用乳酸菌產生乳酸模擬化學處理方法對膳食纖維進行改性;2010年BR201015654A2首次公開了可通過接種干酪乳桿菌發酵改性膳食纖維。國內在2010年以后提高了對生物方法改性膳食纖維的關注度，總結原因是因為生物方法改性條件溫和，生理活性、物化特性等提高更多，能取得更好的效果，而且近年來人們對生物方法的探索研究分析得更為透徹。 3.2.4 聯合方法改性?，F有技術中的物理方法、化學方法和生物技術方法單獨使用均存在一定缺陷，而使用聯合方法則一方面可以揚長避短，另一方面可以相互協作，更有效地提升膳食纖維的產率及品質。2003年JP2003012537A首次公開使用熱處理后，加酸調節pH值進行酶解改性膳食纖維;而國內首次使用聯合方法改性膳食纖維則是出現在2008年，CN101664165A公開了使用堿提-超微粉碎方法對膳食纖維進行改性。可以預見，在今后的研發中，聯合方法勢必成為熱點。
3.3 植物中膳食纖維改性技術發展分布
通過對植物膳食纖維改性技術發展分布進行分析，發現不同技術在不同時間段申請量存在差異，但是該領域的研發人員對各個技術均保持了一定的關注。涉及化學方法改性的專利在2014—2016年出現了增多的趨勢，原因在于成都銜石科技有限公司在此期間集中申請了一系列關于化學接枝修飾改性的專利。總體來看，涉及物理方法和聯合方法改性的專利申請較多，具體原因是食用安全性及生產效率是食品生產和食用非常重要的2個方面。在今后的研發中，膳食纖維改性技術的進一步研發會越來越受到人們的關注。
4 結語
本文通過CNABS和VEN等數據庫收錄的專利為樣本，對植物膳食纖維改性技術的研究發展做了分析，并進一步分析了國內外關于該技術的專利申請趨勢、主要技術分支、技術發展脈絡等。通過上述分析可以看出，雖然中國的申請量位居首位，但很多都處于研究階段，離真正的工業化應用還有一段距離。因此，中國在植物膳食纖維改性技術方面還有很大的發展空間，國內申請人應借鑒國外的發展方向和技術，使自身的技術更偏向于實際應用，從而獲得進一步發展。
5 參考文獻
[1] 扈曉杰，韓冬，李鐸.膳食纖維的定義，分析方法和攝入現狀[J].中國食品學報，2011，11（3）：133-137.
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[3] WESTENBRINK S，BRUNT K，JAN-WILLEM V D K.Dietary fibre：Challenges in production and use of food composition data[J].Food Chemistry，2013，140（3）：562-567.
[4] 楊明華，太周偉，俞政全，等.膳食纖維改性技術研究進展[J].食品研究與開發，2016，37（10）：207-210.
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