1. 引言
炼乳是一种以新鲜牛乳或复原乳为原料,经真空浓缩或其他方法除去大部分的水分,浓缩至原体积25%~40%左右的乳制品 [1] [2] 。目前市售炼乳主要分为两大类,分别为加糖炼乳(甜炼乳)和无糖炼乳(淡炼乳)。甜炼乳含有蔗糖等大量糖类,更便于贮存;淡炼乳常作为鲜牛奶的代替品用于冲饮红茶或咖啡,或用于烹饪。随着食品工业的不断发展,炼乳作为一种优良的乳品工业原料,已广泛应用于糖果、糕点、餐饮和饮料行业中,对提升终端产品的风味、改善终端产品的质量与口感起着至关重要的作用 [3] [4] 。
相对其他乳制品而言,炼乳在国内乃至世界范围内市场很小,但炼乳的产销量每年递增。近年来,我国年人均原奶占有量上升很快,但仅为世界平均水平的三分之一。因此,我国乳制品市场存在巨大的发展空间和增长潜力,炼乳作为原料,需求量不断增长,国内炼乳供不应求,需要大量进口。国内炼乳生产企业与雀巢等国外大型炼乳生产企业相比,国内企业在炼乳生产过程中,存在微生物菌落数量不稳定、牛乳高温浓缩易褐变、能耗高和乳糖结晶颗粒不均匀等问题,直接影响下游产品的质量,限制了炼乳产品的应用范围,影响了产品的市场竞争力,严重制约了炼乳产业持续稳定发展 [5] 。
本文从专利申请角度,对炼乳的相关专利申请现状、发展趋势和技术特点进行统计分析,希望为我国炼乳类产品研发和生产的相关企业和个人提供有益参考。
2. 专利数据来源
炼乳专利数据来源于国家知识产权局(https://www.cnipa.gov.cn/)和大为全球专利数据库,通过初步检索、扩展检索等专利检索方式,同时进行去噪、分析,最大程度保证了专利检索数据的全面性和准确性。
3. 全球专利申请态势分析
3.1. 申请量趋势
根据全球专利申请量走势分析,炼乳产品全球相关专利申请量趋势如图1所示,由于炼乳是19世纪美国研制出来的浓缩乳制品,因此最早炼乳专利的申请人集中为FMC CORP、HEXION INC等美国企业。第二次世界大战之后,以雀巢为代表的乳制品企业开始炼乳研发,并申请了一定数量的专利。在1989年以前,专利申请量平均每年不超过5件。
1989年以后,雪印乳业、森永乳业和熊猫乳业等亚洲乳品企业开始生产炼乳产品,炼乳专利申请量增加,特别是2017年至今,炼乳相关专利每年申请量超10件以上,最高达30件。
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Figure 1. Trends in global patent applications for condensed milk products
图1. 炼乳产品全球相关专利申请量趋势
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Figure 2. Trends in patent applications for condensed milk products at home and abroad
图2. 国内外炼乳产品相关专利申请量趋势
3.2. 区域分布
数据显示,截至2022年底,通过数据库共检索,炼乳领域相关的国内外专利653件,其中国内专利申请187件,国外专利申请466件。近20年专利申请呈现稳步增加的趋势,尤其是自2017年后每年申请量达到20件以上,2021年到达年申请量的峰值30件/年,中国、美国、德国、英国和法国对全球专利申请量的贡献比较大,占全球申请量的63.09%。
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Figure 3. Number of patent applications related to condensed milk products in major countries around the world
图3. 世界主要国家炼乳产品相关专利申请量
从整体来看,炼乳的研究集中在中国、美国等国家。由于炼乳自于美国,早期的专利多数由美国申请。中国目前是炼乳领域相关专利申请量最多的国家,占全球申请量的28.63%,见图2和图3。在中国,炼乳虽然起步较晚,但21世纪以来中国乳制品行业的迅猛发展,国家对乳制品业出台了众多支持政策,随着居民消费不断升级,烘焙、咖啡、奶茶、食品等行业规模持续扩大,市场对炼乳制品需求的飞速增长,炼乳相关专利申请快速增长。德国和英国等欧洲国家对炼乳也有一定的研究。
3.3. 申请人分析
通过对炼乳主要专利申请人分析可知,有6位申请人的专利申请量超过10件。排名前10的申请人中,中国5家、日本2家、美国2家、瑞典1家(如表1)。
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Table 1. Major global patent applicants in the condensed milk field
表1. 炼乳领域全球主要专利申请人
雀巢是全球申请炼乳相关专利最多的企业,也是全球较早申请该类专利的企业。雀巢创立于19世纪末期,拥有100余年生产和销售炼乳的历史,是目前世界上最大的生产和销售炼乳产品的制造商,其生产的鹰唛炼奶、三花淡奶在市场上具有一定的影响力,因此雀巢在炼乳领域内具有较强的技术和品牌优势。
中国的炼乳生产企业达诺乳业、百强乳业、熊猫乳业专利申请数量位列第2~4名,可见中国企业对于炼乳相关产品的研究和生产虽然起步较晚,但是自2017年以来研究活跃,达诺乳业、百强乳业、熊猫乳业三家国内企业生产的炼乳产品市场占有率仅次于雀巢。
4. 国内炼乳专利申请主题分析
通过分析炼乳申请相关的专利技术,主要涉及4大类(见图4):一类涉及产品工艺开发,包括甜炼乳、调制炼乳、植物炼乳、淡炼乳等产品开发与生产工艺优化;一类涉及炼乳生产装置与检测装置开发,包括混料、调配、结晶、冷却、储存、灌装等炼乳生产过程中的各类装置研究;一类涉及炼乳检测方法,包括产品在线检测技术和快速检测技术等检测方法研究;一类涉及炼乳产品外包装设计。
4.1. 产品工艺开发
目前,国内生产的炼乳产品主要有加糖炼乳、淡炼乳两类。但是在现在的乳制品市场上,虽然一些传统的产品仍受消费者的欢迎,但更多的新产品正在不断涌现。随着生活水平和健康营养意识的提高,
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Figure 4. Distribution of patent technology fields related to condensed milk in China
图4. 国内炼乳相关专利技术领域分布
炼乳产品正往低糖化、功能化等方向发展。通过申请的专利技术领域分析可以看出,近年来涌现了焦糖炼乳、降糖炼乳、花青素炼乳、可可炼乳、蜂蜜炼乳、黄秋葵炼乳、低聚半乳糖膨化炼乳、炼乳代用品等新炼乳产品。如熊猫乳业提出的专利申请201210146202.8,开发了一种全脂焦糖炼乳,通过美拉德反应工艺参数研究及配方优化设计,确定最佳工艺参数及产品生产工艺技术,最大程度地保留了乳中的营养成分,杀灭有害微生物,延长了保质期,同时产生独特的焦香和奶香味 [6] ;达诺乳业也提出了类似的专利申请201710876018.1,与熊猫乳业开发的焦糖炼乳不同的是,该专利产品是一种调制焦糖炼乳,通过在配料和真空浓缩过程中进行两次美拉德反应,不使用碳酸氢钠,无需单独进行美拉德反应,工艺简单,该专利产品与全脂甜炼乳在乳滋味香味及组织状态没有显著性差异,而色泽及焦香味差异显著,具有浓郁的奶香味和纯正的焦香味 [7] 。上述两个专利均已获得国家发明专利授权。
4.2. 炼乳加工设备
与发达国家相比,由于乳制品行业起步相对较晚,我国乳品加工的关键设备如浓缩设备、均质机、浓缩、检测设备等还与国外存在很大差距。近年来,乳品企业越来越重视提高乳品加工技术装备。根据专利检索显示,近20年我国申请炼乳相关加工设备专利申请量总计77件,占我国炼乳相关专利申请量的41.62%,涉及炼乳生产全过程。如达诺乳业新建一条年产3万吨炼乳生产线,申请包括炼乳用乳糖过筛装置、乳糖预烘干装置、炼乳气动投晶种装置、自动计量固液两相混料装置、搅拌型促均质配料缸、基于剪切力的物料溶解装置及冷却结晶罐等炼乳加工设备专利10余项,近两年已授权相关发明专利5件。目前,我国炼乳加工技术装备水平达到或接近国际先进水平。
4.3. 炼乳相关检测方法
脂肪稳定性、蔗糖含量、乳糖结晶大小、炼乳粘度、水分含量是影响炼乳产品质量的主要因素,根据专利检索结果显示,我国炼乳生产企业与科研单位已申请了脂肪稳定性测试、渗透压调节、炼乳结晶、水分含量测定、蔗糖含量检测等相关发明专利。
4.4. 产品包装外观设计
炼乳主要作为含乳食品的中间配料,主要用于餐饮、烘焙、饮品、食品工业等领域。然而近年来,随着健康意识的提升,人们对于食品品质、营养、安全的需求全面升级,我国家庭烘焙市场飞速发展,炼乳增香的效果得到越来越多的消费者青睐,为吸引消费者,越来越多特色化包装的炼乳进去市场。根据专利检索结果分析显示,我国炼乳产品包装外观设计类专利申请量达41件,涉及炼乳及其进一步产品。
5. 我国炼乳专利申请现状分析以及建议
通过上述专利申请数据分析可知,我国专利申请量增长迅速,炼乳专利申请量居世界第一。从技术领域看,我国炼乳申请专利主要集中在产品工艺、加工装备开发等方面,但是我国炼乳产品质量、加工装备与国外同类相比,还存在一定差距。主要表现在:国内企业在炼乳生产过程中,存在微生物菌落数量不稳定、牛乳高温浓缩易褐变、能耗高和乳糖结晶颗粒不均匀等问题。在国内炼乳市场中,虽然我国市场上国产炼乳产品已经占据一定市场份额,但是在数量和质量上与雀巢等世界一流企业的产品仍然存在差距,雀巢炼乳仍然占据了主要的市场份额,我国乳制品生产企业要提高产品市场竞争力,在竞争中获得优势,亟需继续开发出高价值产品,并加强知识产品保护,加强品牌效应,通过对相关专利技术的分析,笔者认为国内乳制品生产企业可从以下几个方向开展科技创新:
1) 围绕炼乳存在微生物菌落数量不稳定、“返砂”现象等质量问题,持续开展技术攻关,提高产品质量。可采用栅栏技术、低温浓缩技术、乳糖结晶技术等先进技术建立稳定、低耗的炼乳生产工艺,消除国内产品与国外产品在一些非定量质量指标上的差距。
2) 开发热量利用与回收技术,在降低生产能耗、提高生产效率的同时消除了高温长时间杀菌造成的产品热破坏。
3) 开发炼乳新产品,强化炼乳食用功能性的同时拓展了新型炼乳产品种类。同时,加大新产品推广力度,打造品牌效应。
6. 结束语
近二十年来,我国关于炼乳的技术开发研究非常活跃,专利申请量增长迅速,在全球范围内,我国的专利申请量已经超过美国,居全球第一。从申请人来看,雀巢、达诺乳业、百强乳业、熊猫乳业等4家企业专利申请量排名前四,达诺乳业、百强乳业、熊猫乳业三家企业是目前国产炼乳的主要生产企业,说明我国炼乳生产企业已具有较强的知识产权保护意识,对于炼乳相关技术的研发较为重视。从技术领域来看,我国炼乳专利主要集中在产品工艺、加工设备开发以及包装设计方面,研究范围较广,但高质量专利数量较少,授权率较低,需进一步加强。随着食品工业的快速发展,我国炼乳市场正处于稳步增长期,在烘焙、奶茶、饮料、食品原料等领域,都有广阔的市场空间。要使我国炼乳及其相关产业发展壮大,需要我国乳制品生产企业在技术、品牌等方面不断提升,形成较强的竞争优势,增强上下游产业链配套能力,实现更大的发展目标。
基金项目
安徽省奶牛饲养及乳制品原料粉工程技术研究中心开放基金课题(编号:2022DNKF01);滁州市科技计划类项目(编号:2020ZN011)。