植物膳食纤维改性技术专利综述
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摘要 膳食纤维包括水溶性膳食纤维和非水溶性膳食纤维，其中水溶性膳食纤维具有更重要的生理功能，可用于调节血压、降低血糖和血脂等。如何对膳食纤维进行改性以提高水溶性膳食纤维的含量已成为近年来食品工业领域的研究热点之一。本文对植物中膳食纤维改性技术专利的申请趋势、申请产出国和申请人分布进行了统计分析，并从物理、化学、生物和联合处理4个研究方向对其技术方向和技术手段的发展脉络进行了梳理，以期为植物膳食纤维改性技术的发展提供参考。
关键词 膳食纤维;改性;水溶性膳食纤维;非水溶性膳食纤维
中图分类号 TS201.2 文献标识码 A 文章编号 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
膳食纤维（dietary fiber，DF）是指具有10个或以上单体链节的碳水化合物，不能被人体小肠内生物酶水解，而且属于以下范畴：天然存在于消费食物中的可食用的碳水化合物，由食物原料经物理、酶或化学法获得的碳水化合物，对健康表现出有益的生理作用的人造碳水化合物的聚合物[1]。
根据其在水中的溶解性，膳食纤维可分为水溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）和非水溶性膳食纤维（inso-luble dietary fiber，IDF）两大类[2]。其中，非水溶性膳食纤维主要作用于肠道并产生机械蠕动效果，而水溶性膳食纤维则更多地发挥代谢功能，如预防冠心病和糖尿病、降低血糖及血脂、影响碳水化合物和脂类的代谢等。因此，水溶性膳食纤维的组成比例是影响膳食纤维生理功能的一个重要因素。美国学者Richard等人提出，水溶性膳食纤维占总膳食纤维含量的10%以上才是较适宜的膳食纤维组成，而通常在许多天然膳食纤维中，水溶性膳食纤维含量较低，所占比例仅为3%～4%，不能满足日常需求[3]。
随着社会“文明病”的发病率不断上升，消费者对具有功能性膳食纤维的需求更为迫切，如何通过改性处理促使非水溶性膳食纤维向水溶性膳食纤维转化，以增加水溶性膳食纤维含量进而发挥更大的生理功效已成为相关领域研究者关注的热点问题。本文对植物膳食纤维改性技术专利申请进行分析，以期为改性技术的发展提供参考。
1 检索策略选取和样本选择
1.1 检索策略
对膳食纤维改性技术的检索主要通过关键词结合分类号进行检索。关键词：膳食纤维、抗性淀粉、纤维、木质素、果胶、树胶、低聚糖、瓜尔豆胶、阿拉伯胶、酸、碱、酶、发酵、挤压、爆破、气爆、蒸煮、膨化、高温、粉碎、超微、高压、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+。分類号：A23-L1/308、A23L33/21、A23L1、A23L33。
1.2 检索过程
在中文专利数据库中的检索过程如下：首先采用分类号A23L1/308和A23L33/21进行检索，发现其中存在很多添加了膳食纤维的食品以及膳食纤维的提取方法，因而结合改性、改善、改良等关键词进行相关检索，通过概览的筛选，排除了部分明显不属于膳食纤维提取方法的文献，之后利用现有技术中具体的改性方法进行扩展。 在外文专利数据库（VEN、DWPI）中的检索，首先采用准确的分类号A23L1/308和A23L33/21、结合modificat+进行检索，之后利用现有技术中具体的改性方法扩展。
2 植物中膳食纤维改性技术专利申请整体情况
2.1 专利申请量趋势分析
由于部分2017年申请的专利并未公开，所以本文统计了截至2016年的专利申请数据。由图1可知，全球的植物膳食纤维改性技术相关专利年申请量呈逐年上升的趋势。其中，国外研究起步较早，在1984年首次就相关技术申请专利保护，但是发展较为平稳，从起步发展至今，年专利申请量虽然有所波动，但是浮动很小。国内对植物膳食纤维改性技术的研究则起步较晚，第一件相关专利申请出现在1993年，从2001年开始，国内的相关专利年申请量开始呈现出逐年增加的趋势，2015—2016年申请总量达45件。总体分析，国外发展较为平稳，而我国在近年来增长势头迅猛。分析我国专利申请呈现逐年上升趋势的原因，随着生活水平的提高，人们更加注重营养与健康的生活方式，而植物膳食纤维改性后所具有的生理功能和保健功效迎合了人们的需求，具有市场前景，因而研发的热度较高。
2.2 专利申请产出国分析
专利技术产出国的分布能够明确某一项技术在各国的研发实力，通过对所检索到的专利文献产出国进行统计分析（图2）发现，排名靠前的国家（地区）依次为中国、美国、日本、欧洲，并且中国的申请量远远高于其他国家，呈现出极高的研究开发活跃度。这得益于近年来中国对生命健康、废物再利用、环境污染等课题的关注，相当多的高校科研院所和企业都对这一领域表现出了极大的关注，同时也与中国等亚洲国家更重视植物资源的开发利用有关。
2.3 申请人类型分布分析
对国内申请人类型进行统计分析后发现，约有50%的申请人都来自高校及科研院所。进一步对高校及科研院所的申请人统计分析后发现，申请量最多的高校及科研院所依次为陕西科技大学、南昌大学、中国农业大学，其他高校及科研院所的申请量则相对较少。国内申请人类型中，企业的申请量约占41%，多数为科技型公司，制造型企业相对较少。由此可见，植物中膳食纤维改性方法的专利技术大部分还停留在科研阶段，而且从申请内容看，企业申请的技术与高校申请的内容相比，前者更注重于生产效率和成本，而后者更偏重于各种高新技术的应用，对于生产成本考虑较少。因此，大部分技术虽然可行，但是生产成本相对较高，从而制约了其在工业中的应用发展。为了更好地兼顾生产成本及效果，下一步应当加强高校与企业合作研究。
对国外申请人类型进行统计分析发现，约65%的申请来自企业，而学校与个人的申请量只占约35%。由此可以看出，国外企业对科技研究和技术成果的保护观念要强于我国企业，而且对实用性要求相对较高，进一步对国外企业申请人统计分析后发现，申请量最多的企业为美国国民淀粉化学有限公司。
3 植物膳食纤维改性技术分支分析及其发展趋势
3.1 植物膳食纤维改性技术分支分析
植物中膳食纤维改性技术主要有4种，包括物理方法、化學方法、生物方法和同时运用上述2种或3种方法联合处理。国内对物理方法和联合方法改性膳食纤维保持了极高的研究热度，分析原因则可能是国内对膳食纤维改性技术的研究起步较晚，可以分析国外已有的较为成熟的技术，能对各种方法的优缺点有一定了解。因此，研究重点更多集中在简便易操作的物理方法和有效提升产率与品质的联合方法上。国外对膳食纤维改性技术的研究热点集中于物理方法和化学方法上，分析原因可能是国外对于改性技术的研究较早，在研究早期目光更集中于操作简便的物理方法和化学方法上。经数据统计得出，国外对于化学方法改性技术共申请专利20件，其中有12件集中于2006年以前。
3.2 植物中膳食纤维改性技术分支发展状况
3.2.1 物理方法改性。物理方法改性包括挤压膨化、超微粉碎、高温蒸煮等。虽然国外使用物理方法进行改性探究要早于国内，国内该技术起步较晚，但是国内物理手段的探索尝试相对于国外申请而言要进步许多，而且国内对物理方法的研究不局限于使用单一物理方法进行改性。国外对于物理方法改性技术一直保持一定的关注度，而国内对该方法的研究则呈现出一定的上升趋势，分析原因是由于物理方法的简便、易操作性使其应用范围更广，因而更受研究者关注。
3.2.2 化学方法改性。化学方法改性包括采用酸、碱等处理和通过修饰的方法改性。利用酸、碱等处理可部分改变膳食纤维的结构使其具有较优良的性质和功能;修饰改性则是利用膳食纤维结构中含有的羟基和羧基进行酯化和醚化改性，提高其生物活性和功能特性[4]。国外在2007年以后对化学方法改性技术的探究关注度较低，而国内对该方法的研究也并未呈现出持续性增长。该研究缺乏连续性的原因可能是由于目前国内外均更加注重环境保护，而化学方法虽然方便快捷，但是其污染环境，并且化学基团的引入也会给食品安全带来较大风险。
3.2.3 生物方法改性。生物方法改性包括酶法和发酵法改性。酶法是利用生物酶将大分子组分酶解，缩短分子长度，使其转化成水溶性膳食纤维;而发酵法则是利用微生物生长过程中分泌的酶和酸等发酵产生强化膳食纤维功能特性的技术[3]。1991年EP0474230A1首次公开了可使用酶解方法改性膳食纤维;国内首次关于酶解方法改性的专利申请则是在2004年由美国嘉吉有限公司提出。而国内首次通过微生物发酵改性膳食纤维则早于国外，2005年南昌大学公开可利用乳酸菌产生乳酸模拟化学处理方法对膳食纤维进行改性;2010年BR201015654A2首次公开了可通过接种干酪乳杆菌发酵改性膳食纤维。国内在2010年以后提高了对生物方法改性膳食纤维的关注度，总结原因是因为生物方法改性条件温和，生理活性、物化特性等提高更多，能取得更好的效果，而且近年来人们对生物方法的探索研究分析得更为透彻。 3.2.4 联合方法改性。现有技术中的物理方法、化学方法和生物技术方法单独使用均存在一定缺陷，而使用联合方法则一方面可以扬长避短，另一方面可以相互协作，更有效地提升膳食纤维的产率及品质。2003年JP2003012537A首次公开使用热处理后，加酸调节pH值进行酶解改性膳食纤维;而国内首次使用联合方法改性膳食纤维则是出现在2008年，CN101664165A公开了使用碱提-超微粉碎方法对膳食纤维进行改性。可以预见，在今后的研发中，联合方法势必成为热点。
3.3 植物中膳食纤维改性技术发展分布
通过对植物膳食纤维改性技术发展分布进行分析，发现不同技术在不同时间段申请量存在差异，但是该领域的研发人员对各个技术均保持了一定的关注。涉及化学方法改性的专利在2014—2016年出现了增多的趋势，原因在于成都衔石科技有限公司在此期间集中申请了一系列关于化学接枝修饰改性的专利。总体来看，涉及物理方法和联合方法改性的专利申请较多，具体原因是食用安全性及生产效率是食品生产和食用非常重要的2个方面。在今后的研发中，膳食纤维改性技术的进一步研发会越来越受到人们的关注。
4 结语
本文通过CNABS和VEN等数据库收录的专利为样本，对植物膳食纤维改性技术的研究发展做了分析，并进一步分析了国内外关于该技术的专利申請趋势、主要技术分支、技术发展脉络等。通过上述分析可以看出，虽然中国的申请量位居首位，但很多都处于研究阶段，离真正的工业化应用还有一段距离。因此，中国在植物膳食纤维改性技术方面还有很大的发展空间，国内申请人应借鉴国外的发展方向和技术，使自身的技术更偏向于实际应用，从而获得进一步发展。
5 参考文献
[1] 扈晓杰，韩冬，李铎.膳食纤维的定义，分析方法和摄入现状[J].中国食品学报，2011，11（3）：133-137.
[2] 韩东平，刘玉环，李瑞贞，等.提高豆渣膳食纤维活性改性研究[J].食品科学，2008，29（8）：670-672.
[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] 杨明华，太周伟，俞政全，等.膳食纤维改性技术研究进展[J].食品研究与开发，2016，37（10）：207-210.
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