真空冷凍干燥領域中國專利分析

曹斌宏 張 旭 葛勝非

(1.國家知識產權局專利局專利審查協作北京中心材料部；2.南京經緯專利商標代理有限公司)

專利技術的發展水平代表了一個國家或地區的自主創新能力、科技水平和經濟發展潛力。據世界知識產權組織統計，每年科研成果中有90%～95% 以專利文獻的形式公布于世,而且許多成果僅以專利文獻形式公布，并不見諸于其他科技文獻[1]。專利情報分析是在收集某一技術領域特定時期內的專利文獻基礎上，在對相關專利文獻歸納、分析的基礎上總結出該技術產業的發展狀況，抽取出該技術產業在特定時期內的發展輪廓，并對該技術發展的趨勢進行預測，由此得出的專利情報分析可為政府、研究機構和企業提供有力參考。

真空冷凍干燥(簡稱凍干)是將濕物料或溶液在較低的溫度下凍結成固態，然后在真空下使其中的水分直接升華，最終使物料脫水的干燥技術。凍干后的制品不但具有色澤、形狀、香味不改變，復水后可恢復原狀的特點，而且產品附加值高，可廣泛應用于食品、藥品和生物制品的長期保存[2]。從目前的研究來看，尚未發現有專門針對該技術的專利分析，筆者將利用專利分析的基本方法對我國凍干領域的專利進行分析，從而為相關企業和單位技術人員進行技術開發提供參考。

1 數據收集

筆者統計的數據來自國家知識產權局專利檢索與服務系統中的CNABS數據庫和CPRSABS數據庫，統計的數據時間為1990年1月1日到2011年12月31日，檢索采用分類號與關鍵詞相結合的方式進行，涉及的關鍵詞主要為真空、冷凍干燥、升華干燥、凍干，涉及的國際專利分類號主要為F26B、A23B、A23L、A23F。在剔除了噪音后共獲得相關專利文件752件，并以此為第一個數據樣本進行分析。

2 專利申請量年度變化趨勢

圖1給出了我國從1990年到2011年間專利申請量年度變化趨勢，由圖1可以看出，90年代初，我國在該領域的專利年度申請量較少，且無明顯的上升趨勢，這與當時我國整個凍干行業剛起步有關，國內凍干設備主要以引進為主；90年代中后期，專利年度申請量較之前有了一定的增長，但年度變化量不大，這一時期我國凍干行業發展較快，但整個行業以引進后消化吸收為主，自主研發較少；進入21世紀，專利年度申請量有了飛躍式的發展，但在2005年到2006年間進入了一個平臺期，2008年到2009年雖然受到經濟危機的影響但專利年度申請量仍然有小幅上漲，2010年專利年度申請量進入快速增長期，一方面是因為經濟開始復蘇，國內凍干設備已完成國產化，企業加大了研發力度，另一方面是因為我國2010年開始推行國家知識產權戰略，提高了申請人的專利保護意識，推動了技術成果向專利申請的轉化，同時各級職能部門加大了對技術創新及其成果保護方面的投入，提高了一線研發人員創新的積極性，使更多的技術創新成果得到了保護。

圖1 專利申請量的年度分布

鑒于整個90年代專利申請量較少，因此在后面的分析中選取2001年1月1日到2011年12月31日的專利申請量作為數據樣本進行分析，其中專利申請量共為671件。

3 專利申請類型分析

圖2顯示了我國專利申請量的類型分布情況，可以看出，2001年1月1日到2011年12月31日間，我國凍干領域實用新型專利共有224件，占所有專利數的33%，發明專利共有447件，占所有專利數的67%。雖然該領域發明專利在數量上占優，但并不意味著該領域的專利質量較高。進一步分析就會發現，發明專利中涉及方法的專利申請有301件，占所有發明專利的67%。在這301件專利申請中，涉及系統或設備控制方法的只有9件，僅占所有方法類專利申請的3%，而涉及食品凍干方法的卻高達292件，占所有方法類專利申請的97%。同時，上述292件有關食品凍干方法的專利申請只是基于凍干原理，根據不同食品特性而進行的一個簡單凍干過程，本質上并沒有太大差別。由此可見，在447件發明專利申請中有很大一部分是屬于創新性不高的專利申請，整個行業的創新性仍有待提高。

圖2 專利申請量的類型分布

4 專利申請量區域分布

圖3是國內專利申請量的地區分布情況，可以看出，上海以136件的申請量占24%遙遙領先于其他地區；其次是北京和江蘇，有52件的申請量占9%；山東則以48件的申請量緊隨其后。排名靠前的這4個地區的總申請量占全國申請量的51%，表明上海、北京、江蘇和山東在該領域的申請優勢非常明顯。另外，浙江、廣東、遼寧也有較大的申請量，這3個地區的總申請量占全國申請量的20%。除此之外，其他各個省市的申請量較為分散，且與前三甲的差距較大。由上述地區分布可知，凍干技術與地區經濟發展水平密切相關，且在全國范圍內仍有較大的拓展空間。

圖3 國內專利申請量的地區分布

圖4是國內外在華專利申請量分布圖，其中，我國自身申請量占83%；美、日、歐及加拿大的申請量占16%；其他國家在中國的申請量僅占1%。雖然從數量上來看，我國申請量明顯占優，但正如前文所述，我國專利申請中有很大一部分的創新性不高，應當予以重視。

圖4 國內外在華專利申請量分布

5 專利申請人分析

凍干領域的申請人共有397名，其中，只持有1～2件專利的申請人有344名，占申請人總量的86.65%，其總持有量為328件，占所有申請量的48.88%；持有3～6件專利的申請人有42名，占申請人總量的10.58%，其總持有量為166件，占所有申請量的24.74%；持有6件以上(不包括6件)專利的申請人有11名，占申請人總量的2.77%，其總持有量為177件，占所有申請量的26.38%。由此可知，在凍干領域，申請人比較多，專利申請量比較分散。

表1為凍干領域前10名申請人及其專利的相關信息。可以看出，在前10位申請人中，外國申請人1名，中國申請人9名，表明我國在凍干領域的專利申請人數量上處于絕對優勢；企業6個，個人2名，高校2個，表明我國凍干領域中科技創新主要是以企業為主。

表1 前10名申請人及其專利的相關信息

注：由于每件專利有一個以上的分類號， 所以每個分類號的專利數相加可能大于總量。

進一步分析表1不難發現，在前10名申請人中，上海東富龍科技股份有限公司的專利申請量處于遙遙領先的地位。而且，排名第二的上海共和真空技術有限公司實際上是由上海東富龍科技股份有限公司和日本的日精株式會社以及共和真空技術株式會社共同出資建立的，因此，如果將上海共和真空技術有限公司的申請量歸入到上海東富龍科技股份有限公司申請量中，上海東富龍科技股份有限公司在凍干領域的申請量將處于絕對優勢。另外，上海東富龍科技股份有限公司的專利申請主要集中在IPC分類號為F26B的技術領域，具體而言，主要涉及凍干機、自動進出料系統、無菌隔離裝置，同時還包括在位清洗、壓力容器、干燥箱及升降機構等輔助設備。同時，該公司的專利申請緊跟凍干領域的技術和市場發展，而且多項專利申請已完成技術成果轉化，并取得了良好的市場效果。因此，在凍干設備領域，上海東富龍科技股份有限公司已經進行了大規模專利布局，并已初步形成了壟斷格局。反觀其他企業，不但申請量較少，而且研究領域沒有緊跟市場與技術的發展。如北美凍干技術股份公司的專利申請主要涉及加熱板、冷肼、補水系統，屬于凍干領域的基礎性研究；上海舒博拉尼制藥設備有限公司的專利申請主要涉及自動在線取樣裝置和自動裝卸料裝置，雖然一時與技術和市場的發展相吻合，但后續研發能力或申請量明顯跟不上；而伊馬萊富(北京)制藥系統有限公司和上海遠東制藥機械總廠的專利申請主要涉及凍干機的部件，如溫控裝置、隔板和鎖緊裝置，申請量較少并且研究分散，沒有形成系統的研發能力。

在前10名專利申請人中，雖然高校和個人占了4席，但總的申請量并不多，共41件。其中除了浙江大學有5件專利申請涉及凍干設備外，其余的專利申請全是關于食品凍干方法的研究，而這些研究的創新性較低且對于實際的工業化生產借鑒意義也不是很大。造成這種結果的原因是：凍干設備，即便是實驗用凍干設備的成本都很高，因此高校和個人沒有條件對凍干設備進行改進性研發，而只能轉而研究食品凍干方法。但食品凍干方法不但與實際工作環境的參數相關，而且受被研究制品參數的影響較大，因此，這些食品凍干方法的專利申請只是基于特定實驗用凍干設備，特定參數、特定量的制品而進行的一個簡單凍干過程，各個專利申請之間本身并沒有本質差別，且對于工業化大生產中也很難產生借鑒作用。

綜上可知，目前在凍干行業，上海東富龍科技股份有限公司處于一家獨大的局面，并且短時間內不會有太大的變化。如果其他企業再不加大研發力度，將會處于非常被動的局面。

6 技術發展方向

經過對專利申請量進行技術分析發現，經過二十多年的發展，我國在凍干行業已經取得了長足的進步，不但能夠獨立生產各種類型的凍干機，而且在系統優化配置、智能化控制及部件性能改良等核心技術方面已進行了比較深入的研究，并且技術成果轉化也較快，但仍存在一些技術缺失。結合該領域市場需求并展望凍干行業未來的發展[3]，可重點關注以下幾個方面并從中尋求技術突破來進行專利布局：

a. 凍干物料共晶點或玻璃化溫度的測量。如果能夠比較準確地測量凍干物料的共晶點或玻璃化溫度，就能比較精確地控制冷凍過程的結束，從而不但能夠減少大量的能耗，而且可以縮短凍干周期[4]。

b. 一次和二次干燥結束點的判斷。由于凍干過程是在低溫和真空的條件下對物料進行加熱干燥，因此整個過程必然是費時、耗能的。同時為了保證產品的質量，往往在時間上留有較大的經驗系數，這就增加了無謂的凍干時間，導致耗能進一步升高，所以如何在保證產品質量的前提下，縮短凍干時間成為關鍵，而凍干時間是與一次和二次干燥結束點的判斷息息相關的。因此，探尋一種能切實有效判斷一次和二次干燥結束點的方法，是當今凍干領域一個亟待解決的問題[5，6]。

c. 在線水分含量的測量。凍干是為了將物料中的水分除去，但到目前為止，尚沒有一個能準確測量在線水分含量的裝置，因此，在線水分含量的測量也是當今凍干領域亟待解決的一個問題[7～9]。

d. 凍干工藝過程的優化。對于參數相對比較穩定的物料(如溶液)，有針對性地就某些型號的凍干機給出優化后的凍干工藝過程，可以對企業的生產產生指導意義。

參考文獻

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[2] 徐成海,張世偉，彭潤玲,等.真空冷凍干燥的現狀與展望(一)[J].真空,2008,45(2):1～11.

[3] 徐成海,張世偉，彭潤玲,等.真空冷凍干燥的現狀與展望(二)[J].真空,2008,45(3):1～13.

[4] 李云飛,王成芝.真空凍干工藝的幾種物料共晶點測定與分析[J].中國農機化與電力機械(學報),1997,(z1):82～87.

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