粮食与饲料脱霉专利技术研究动向与政策支撑

真菌毒素是污染谷物的真菌在生长过程中产生的一类有毒的次生代谢产物，具有很强的毒性，易引起人和动物病理变化和生理变态[1]。玉米、小麦、大麦、燕麦、高粱等谷物及其相关加工产品都易受真菌毒素污染，食入受真菌毒素污染的谷物粮食会造成人和动物中毒，严重危害机体健康。据联合国粮农组织（FAO）统计，全世界每年大约有25%的农产品受到真菌毒素污染，其中约2%因污染程度严重而失去实用价值，造成巨大经济损失。尽管已将HACCP风险防控体系应用于谷物从种植到收获的各个环节，但谷物还是不可避免受到真菌毒素污染且存在含量超标现象。由真菌毒素污染导致的食品质量安全问题已经受到社会的广泛关注。

自“十五”（2001—2005年）以来，食品质量安全问题引起政府的高度重视，政府的重要工作会议也强调了食品质量安全的重要性。“十二五”（2015-2020年）期间，国家加大了对食品质量安全的监管和惩治力度，2015年10月1日实施的新《食品安全法》从法律层面上对食品或粮食安全予以保障。

经过政府十余年的努力，国产食品中的化学污染和残留现象已得到有效控制，但真菌毒素污染问题仍十分严峻。国家粮食和物资储备局、农业农村部、国家市场监督管理总局等部门一直把食品中真菌毒素污染情况列为监测重点。2017年3月17日，国家食品药品监督管理总局发布了《食品安全国家标准 食品中真菌毒素的限量》（GB 2761—2017）。科技部“十三五”“十四五”国家科技支撑计划项目也把粮食和饲料真菌毒素检测及脱毒技术列为资助重点，为控制真菌毒素的社会危害提供经费支持和技术保障。2018年《关于“科技兴粮”的实施意见》国粮发[2018]100号指出：推进优质粮食质量和安全科技创新，为健康消费提供科技支撑，深入研究真菌毒素、重金属污染和农药残留超标粮食安全合理利用技术，开展超标粮食安全利用工业化示范。

可见，粮食安全问题从“十五”期间就开始受到广泛关注，“十二五”期间出台新的《食品安全法》从立法层面对食品安全予以重视，“十三五”“十四五”期间对粮食和饲料真菌毒素检测及脱毒技术作出重要批示，但从专利动态监测上少有报道[2]。鉴于真菌毒素污染已经成为粮食资源的威胁因素，人们习惯将污染严重的食用粮转为饲用粮，同时鉴于对动物健康和动物源性食品安全的考虑，饲用粮真菌毒素也需要得到控制，因此，对粮食和饲料进行霉菌毒素脱毒是充分利用资源、实现节粮减损的重要方向，也是维护动物源性食品安全，保障人类健康的重要举措。文章从不同方面开展粮食和饲料真菌毒素脱毒专利技术分析，以期为相关政策提供专利技术支撑。

2.1 国内专利申请趋势分析

国内首件粮食脱霉专利申请出现在1993年（图1），表明相关技术研发较晚。从1993年到2007年，粮食和饲料脱霉专利技术处于萌芽期，该时期年均申请量仅有0.9件。从2008年到2012年，粮食和饲料脱霉专利年申请量基本呈平稳增长态势，相关技术处于稳步增长期。该时期年均申请量达到9.4件，是第一阶段的10.4倍。其中，2010年的年申请量达到了12件，2011—2012年的年申请量回落到9件，说明该时期粮食和饲料脱霉专利技术受到了更高的关注，技术创新逐步趋于活跃。2013—2020年，粮食和饲料脱霉专利技术处于快速发展期，申请量迅速提高，年均申请量达到了38.1件。其中，2016年的申请量达到62件，2017年回落到37件，2018年和2019年又上升至43件和59件。我国2017年出台了两个关于真菌毒素限量的标准，其中《食品卫生标准（GB 2761—2017）》对粮油食品中主要真菌毒素的限量进行了相应的控制，《饲料卫生标准（GB 13078—2017）》也明确规定粮油加工副产物用作饲料时其中主要6种真菌毒素的限量标准，2018年出台了《关于“科技兴粮”的实施意见》，在相关标准及政策的刺激和指引下，2016—2019年，国内创新主体对于粮食和饲料脱霉技术研发热情较高，专利技术发展迅速，这说明在“十三五”“十四五”期间国家在标准和政策上进行了监管和引导，使得粮食和饲料脱霉技术在专利研发上迅速崛起。

2.2 国外专利申请趋势分析

国外首件粮食脱霉专利申请出现在1974年，早于国内（1993年），说明国外粮食和饲料脱霉技术发展更早（图2）。1996年以前，国外粮食和饲料脱霉专利年申请量较少，均在10件以下，并且多个年份申请量为0，年均申请量仅为1.2件，相关技术处于发展初期。从1996年到2018年为持续发展期，专利申请总量明显高于发展初期，但呈波浪起伏式发展，该时期年均申请量攀升为15.2件，2010年达到38件。2019、2020年申请量有下降趋势，可能和数据统计不全有关。国外粮食和饲料脱霉技术相比于国内起步早、早期研究较少，从1996年以后大体呈波动式发展。

2.3 技术原创国分布

真菌毒素污染粮食种类广泛，世界各国都非常重视谷物、粮食和食品的安全，分别制定了相应的限量标准，用以降低真菌毒素对人类的危害。表1总结了国内外食品中主要真菌毒素的限量标准。

由表1可以看出中国、欧盟、美国、奥地利等针对不同真菌毒素在不同食品中的限量标准有较详细的分类及规定，这也刺激了不同地域的研发主体不断革新脱霉技术，使得脱霉技术更有针对性以满足相应的标准要求。值得一提的是奥地利作为欧盟组织中的一员，该国谷物中真菌毒素的限量要求比欧盟的限量要求更为严苛。

3.1 粮食和饲料脱霉技术分类

目前常用的粮食和饲料脱霉方法包括物理脱霉法、化学脱霉法、生物脱霉法以及联合脱霉方法。物理脱霉法包括剔除（剔除外表有损害部分）、水洗、脱壳、热处理、碾磨、辐照、吸附剂吸附和压煮等。化学脱霉法包括采用臭氧、双氧水、碳酸钠、碱等化学物质对粮食进行处理。生物脱霉法包括采用微生物、酶对粮食进行处理[3]。联合脱霉法是将物理、化学、生物3种手段中的两种或多种组合使用。目前，国内外粮食脱霉技术分类如图3所示。

由图3可以看出，国内生物脱霉技术占比最多，超过半数，属于研究热点。相对于物理和化学脱霉，生物脱霉处理条件温和，还能同时降解多种毒素，安全有效。国外生物脱霉和物理脱霉技术占比相当，均为40%左右。

国内4种技术发展趋势如图4所示，粮食和饲料脱霉技术申请量于2010年以后增速明显提升，2016年前后申请量达到高峰，2017年申请量有所回落，2017年之后申请量又出现新的增速。而在国内脱霉技术中，生物脱霉技术逐年增加，且在“十三五”期间申请量大幅提升，这与目前推广生物技术且具有绿色环保的特点有关。

3.2 生物脱霉技术

生物脱霉是指利用微生物或微生物产生的酶对真菌毒素进行降解脱毒的技术，生物脱霉具有特异性强、催化效率高、降解产物毒性低等特点，受到行业青睐。直接利用微生物发酵是生物技术的初级利用阶段、成本较低，因此应用较普遍；而将生物发酵成分进行提取纯化、分析、克隆等是生物技术的高级利用阶段，其申请量逐渐降低。

降解菌法一种途径为将可以代谢真菌毒素的微生物加入饲料中，动物采食后，在动物肠道中对特定真菌毒素进行代谢降解，产生无毒代谢物排出体外。各类芽孢杆菌是目前被广泛使用的可以代谢真菌毒素的微生物。中国农业大学转让给河南亿万中元生物技术有限公司的专利技术中，将枯草芽孢杆菌ANSB060用于降解黄曲霉毒素（CN101705203A），将枯草芽孢杆菌ANSB01G用于降解玉米赤霉烯酮（CN102181376A）。暨南大学和开平牵牛生物科技有限公司联合开发了将假蕈状芽孢杆菌（CN103642710A）、苏云金芽孢杆菌（CN103627651A）、短小芽孢杆菌用于分解玉米赤霉烯酮（CN103627652A），具有安全性高、专一性强的优点。中国科学院天津工业生物技术研究所发现枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）816 CGMCC No.14854可以将玉米赤霉烯酮降解为生物毒性大大降低且稳定存在的玉米赤霉烯酮磷酸盐（CN112391416A）。

降解菌法另一种途径为微生物体外发酵饲料，主要是在霉变饲料中接种一定量的具有降解真菌毒素的微生物，使其在适宜的条件下发酵对饲料中的真菌毒素进行代谢分解。南京农业大学通过筛选得出一种去除脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）的副干酪乳杆菌LHZ‑1，其在固体发酵培养过程中能够有效地去除DON，特别是应用于麦麸发酵过程中，不仅可以去除麦麸中的DON，还可以提高麦麸中粗蛋白含量（CN111172055A）。江南大学在花生粕样品中接种相应比例（106 CFU/mL）的黑曲霉孢子悬液，加入相应比例的无菌纯化水，在适宜的温度下进行一定时间的固态发酵，从而有效地脱除花生粕中四种黄曲霉毒素，其中，AFTB1脱除率达95.01%、总黄曲霉毒素（AFTB1、AFTB2、AFTG1、AFTG2）脱除率达72.90%（CN110583964A）。山东鲁花集团有限公司和莱阳鲁花生物蛋白有限公司联合开发了一种降解黄曲霉毒素B1的菌株，将其应用于发霉花生粕中，发酵3~4 d，降解率可达到90％以上，脱毒的花生粕中黄曲霉毒素B1含量低于国家限量标准（CN110042072A）。

酶降解法主要是用特定的真菌毒素降解酶来降解真菌毒素，由于酶发挥作用需要在有水的环境中进行，因此需要将酶开发成酶制剂添加到动物饲料中，在动物肠道中发挥功效。但由于酶对温度比较敏感，在饲料高温制粒的过程中容易失活，同时真菌毒素种类多，所需降解酶系复杂，对酶生产技术要求高，目前市场上很少有真菌毒素降解酶制剂产品，因此酶降解法应用比降解菌法少。安徽农业大学开发了一种赭曲霉毒素水解酶及其编码基因，还提供了该赭曲霉毒素水解酶在水解赭曲霉毒素、粮食和农副产品赭曲霉毒素生物脱毒中的应用，该赭曲霉毒素水解酶在温和条件下处理赭曲霉毒素12 h，OTA的降解率达到60％（CN111607579A）。中国农业大学开发了多种酶降解真菌毒素的方法，包括将葡萄糖氧化酶和过氧化物酶的联合应用于霉菌毒素生物脱毒领域，脱毒方法安全、高效，具有非常广阔的应用前景（CN111418756A）；还包括将细菌漆酶CotA蛋白用于降解霉菌毒素，尤其涉及同时降解黄曲霉毒素和玉米赤霉烯酮中的应用（CN109820132A）；还涉及呕吐毒素降解酶DDH及其在单端孢霉烯族毒素脱毒中的应用（CN111394326A）；及染料脱色过氧化物酶BsDyP在真菌毒素脱毒中的应用（CN111073867A），尤其涉及在降解玉米赤霉烯酮中的应用。

3.3 物理脱霉技术

物理脱霉技术是指采用物理手段对粮食和饲料进行脱霉处理，包括使用吸附剂、电磁声、辐照、紫外线、超声波、微波等，如图6所示。在物理脱霉技术中，吸附剂脱毒是比较传统且具有很好应用效果的物理手段，因此申请量相对较高；而辐照、电磁场、紫外线、超声、微波等电磁辐射以及膨化等手段，由于处理量受限，应用较少。

真菌毒素脱毒最有效、可行、低成本的方法是吸附剂法。常用的吸附剂有铝硅酸盐类和酵母细胞提取物类。铝硅酸盐类吸附剂如蒙脱石能吸附大部分的真菌毒素，特别是改性后的蒙脱石吸附效果更好，如CN110124617A利用维生素B1同时具有极性亲水基团和非极性疏水碳链的性质，对蒙脱石进行改性，所得复合霉菌毒素吸附剂具有双亲特性，能同时吸附强极性的霉菌毒素和弱极性霉菌毒素，且吸附效率高，对动物无毒副作用，与环境友好；CN107319267A以改性蒙脱石和碳包覆蒙脱石为主，将改性蒙脱石、碳包覆蒙脱石、埃洛石及电气石四者复合，能够在较短时间内快速吸附霉菌毒素，并能提高脱霉剂对霉菌毒素的吸附总量，实现对强极性、弱极性霉菌毒素的同步高效吸附，特别是提高对呕吐毒素、赭曲霉毒素的吸附量。

酵母细胞壁属于广泛使用的酵母细胞提取物类，如CN109619380A将酵母细胞壁多糖、腐殖酸钠、蒙脱石、活性炭组合使用，对黄曲霉毒素B1、玉米赤霉烯酮、脱氧雪腐镰刀菌烯醇都具有很高的吸附量和吸附率，而且在酸、碱性条件下解吸率很低，因此在体内具有很高的稳定性；CN109287936A将改性蒙脱石、葡萄糖氧化酶、酵母细胞壁多糖、甘草浸膏组合使用，该饲用复合脱霉剂能够对除了黄曲霉毒素之外的呕吐霉素、玉米赤霉烯酮、赭曲霉毒素、T-2毒素等多种霉菌毒素进行有效脱除，还能及时弥补霉菌毒素产生并进入畜禽体内对畜禽机体的伤害，消除霉菌毒素对饲料造成的气味污染，提高畜禽生产性能。

吸附剂方法的优点是有效、成本低、对动物无毒，缺点是吸附水平很难控制，在吸附毒素的同时还会吸附饲料中的小分子营养物质如维生素或微量元素等，饲料的营养价值降低，且吸附剂排出体外后还会造成环境的二次污染。

3.4 化学脱霉技术

化学脱霉法主要是指在饲料中加入一定量的化学试剂，化学试剂与毒素分子在特定条件下发生化学反应改变毒素的化学结构，或者去除毒素分子上的某个官能团或者化学键，或者在毒素分子上增加某个官能团，达到去除或者降低毒素毒性的目的。化学脱霉剂可以以气态、液态、固态的形式使用，如采用熏蒸（如臭氧、雾化氢过氧化物）、浸泡（如去霉液、脱霉剂）、涂抹（如壳聚糖、环糊精）等方式使用。化学脱霉按照来源又可以分为有机物、无机物、生物来源，如图7所示，其中生物来源主要来源于植物提取物或微生物代谢产物。化学方法脱霉的优点为脱霉效率高、过程易控制、成本较低，但是化学物质会破坏饲料原料其中的营养成分，对饲料适口性产生不良影响，因而目前的申请量较少。

4.1 国内申请人类型分析

由图8可以看出，在粮食脱霉方面国内申请人以企业为主，约占59%，其次是大专院校和科研单位，分别约占16%和13%，最后是个人，约占10%，只有少数的联合申请。联合申请包括校企联合、科企联合、企业与个人联合等。

通过对比可以看出，国内申请人以企业为主，这说明在粮食脱毒方面企业研发的热情较高、市场价值和商业前景的期望很高，另外也反映企业在粮食存储过程中面临霉变的问题比较突出，对粮食脱霉的意识以及需求比较强烈。国内大专院校和科研单位也有较高的参与度，这说明我国的校科单位在脱霉技术方面起到重要的引导作用，而且还存在一些校企联合或科企联合的情况，将科研成果进行市场转化。粮食脱霉技术个人申请相对比较少，这可能是由于个人粮食存储属于整个保藏加工的前端，个人手中粮食本身相对要少，因此，粮食在个人手中存储周期较短，一般会在出现霉变前就及时卖掉或处理掉，或者即使出现霉变少量的直接扔掉，量大的可能会交由收购企业统一处理。

4.2 创新主体及技术分布

从图9可以看出在粮食脱霉方面申请人排名靠前的是各大国外公司，如奥地利的爱尔伯股份公司（ERBER AG）、美国的奥特奇生物公司（ALLTECH INC）、美国的先锋国际良种公司（PIONEER HI BRED INT）等公司，国内申请人排名靠前的是各大科研院所和高校，如中国农业科学院农产品加工研究所、中国农业科学院饲料研究所、江南大学、中国农业大学、国家粮食局科学研究院等。

5.1 专利价值度分析

Incopat通过专利合享价值度对各个专利申请的价值进行了整体评估。从图10可以看出，国内粮食脱毒技术的合享价值度集中在5~9星之间，而国外粮食脱霉技术的合享价值度集中在8~10星之间，虽然国外的10星专利比国内的要多，但整体上国内的粮食脱霉技术处于高星级阶段的也相对较多，这与酶、微生物等生物脱霉技术的大力推广和发展有关，特别是在2013年以后生物脱毒手段突飞猛进，生物技术属于前沿科学，而且具有绿色环保的优势，国家可以从这方面重点推广和鼓励。

5.2 专利运营状况分析

专利运营情况可以从一定程度上反映出该专利的市场活跃度和应用价值。通过对粮食脱霉技术的运营数据进行统计分析（见表4）可以看出，脱霉技术市场整体运营情况比较活跃，尤其是转让次数比较明显，高达158次，这说明在脱霉技术上专利技术产生了较大的市场价值；在这些转让中，国外申请人共59项专利发生了118次转让，而国内申请人共35项专利发生40次转让。

而国外申请人专利转让主要是企业与企业，以及个人与企业之间进行转让，所受让企业可重点关注ERBER、ALLTECH公司；国内申请人专利转让主要发生在科研院所之间、高校与企业之间、企业与企业之间都有，值得关注的是中国农业科学院饲料研究所与中国农业科学院北京畜牧兽医研究所之间，华南理工大学或中国农业大学与河南亿万中元生物技术有限公司之间的专利转让。

专利的许可、质押直接体现了专利的经济价值，在脱毒技术方面国内也发生了少量的许可、质押，如山东宝来利来生物工程股份有限公司向泰安银行股份有限公司质押一件专利，中鲨动物保健品（厦门）有限公司向中国银行股份有限公司厦门开元支行质押一件专利，这说明脱霉技术专利已经在市场上产生了经济效益和商业价值；而许可发生在关联公司之间，此现象比较常见；还有2次复审，也体现了申请主体对其专利技术的高度重视。

专利技术代表着创新方向，国家政策对技术的研发、创新起到引领作用，两者应相辅相成。从前面的分析结果可知，粮食安全问题从“十五”期间就开始关注，“十二五”期间从立法层面对食品安全予以重视，“十三五”期间正式对真菌毒素脱毒技术明确提出要求。通过对国内专利申请量进行分析，也能够看出，在“十三五”期间，脱霉技术专利申请量迅速崛起，这与政策的刺激和指引分不开。

我国是粮食生产大国，同时人口基数大，对粮食的需要量高，因此，我国非常重视粮食的存贮、防腐以及脱霉技术，通过上述分析也可以看出中国是主要的脱霉技术原创国，其次是欧盟联合组织，然后是美国，在欧盟组织中奥地利对粮食霉变的指标要求更为严苛，这也促使其在脱霉技术方面的不断研发和专利申请量的增长，如果我国脱霉技术要在国际上寻求合作，奥地利的一些企业可以作为备选。对于脱霉方法，无论是国内还是国外都提示以生物脱霉技术为主，尤其是在“十三五”以后随着生物技术的蓬勃发展，以及对绿色环保的要求，而且相比于国内的专利申请，国外生物脱霉技术呈现逐步放缓趋势，这给予我国生物脱霉技术一个发展契机，建议“十四五”期间继续加大对生物脱霉技术的研发扶持和推广力度，同时鼓励申请人向国外进行专利申请布局。

相比于国外，我国霉菌毒素脱毒技术的创新主体以高校和科研单位为主，企业的研发积极性还不够，针对国内研发主体的分布特点，给出的建议是：一方面要加强高校和科研单位的技术推广和转化，政府牵头与相关企业进行对接，使其专利技术充分应用到市场中转化成生产力；另一方面可以调动企业的自主研发热情，避免意识不强造成资源的浪费或品质下降。而在专利价值方面，国内脱毒技术相比于国外也还存在一定的差距，这对我们专利审查以及企业服务也给出了提示，对于行业重点申请人可以进行定点帮扶，帮助申请人提高专利撰写质量，使有价值、有市场的专利能够得到授权和保护；而在专利转化方面，本文已经对多个课题组的研究内容进行分析，这也能够有针对性帮助高校与企业进行专利技术对接和转化。目前，国家已经提供良好的支持科技成果转移转化的政策环境，很多高校也在积极推进互联网应用技术转化平台，力图将好的专利能够尽快地应用和转化。

参考文献及更多内容详见：

饲料工业，2023，44（14）：104-112

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