《食品工业科技》客座主编专栏：江苏科技大学吴洁教授|基于专利视角的Nisin在食品贮藏保鲜中应用的研究进展- 大数跨境

《食品工业科技》客座主编专栏：江苏科技大学吴洁教授|基于专利视角的Nisin在食品贮藏保鲜中应用的研究进展

食品工业科技编辑部

2023-06-15

乳酸链球菌肽（Nisin）作为一种天然、高效、安全的食品添加剂，因其对革兰氏阳性菌具有广谱抑菌活性，而被广泛应用于食品贮藏保鲜领域。本文从专利数据和技术应用进展的角度，对Nisin在食品贮藏保鲜应用领域的专利进行整理分析，着重从单一应用、复配防腐剂、与物理技术协同杀菌、微胶囊化、抗菌食品包装膜等方面，系统地介绍了Nisin相关专利申请现状。研究结果表明，企业应在Nisin与其他物质协同杀菌等热点研发领域加快专利布局，并合理利用失效专利技术，规避专利侵权风险，以求实现Nisin相关新技术的快速发展。

图片来源于图司机

江苏科技大学吴洁教授等从专利数据、专利技术等角度，对Nisin在食品贮藏保鲜中应用领域的专利申请态势，专利申请人类型、排名，技术集中度，专利技术主题，专利法律状态，应用进展等方面进行系统地分析研究，以期为相关食品企业制定完备的专利布局策略、确定关键技术研发方向，进而提升食品行业的核心竞争力提供依据和参考。

1 专利数据分析

本文采用的专利文献数据主要来自于Patsnap全球专利数据库，专利数据检索截止时间为2022年5月，共检索出Nisin在食品贮藏保鲜中应用领域相关国内外专利2915件。

1.1 专利申请态势分析

由图1可知，Nisin在食品贮藏保鲜应用领域，全球专利技术最早出现在20世纪50年代，技术萌芽初期仅有零星的专利申请，一直到1988年才开始连续出现专利申请，1989年之前都处于萌芽期，主要进行技术储备；1990~2008年为该领域技术的缓慢发展期，随着越来越多的国家批准Nisin作为食品防腐剂应用到食品中，Nisin在食品贮藏保鲜领域的应用开始受到研发者的关注，该领域逐渐出现科技成果并转化为专利；2009~2016年，该领域专利申请量快速增长，主要原因在于，随着全球食品安全法律法规的不断规范完善以及消费者对食品多样化需求的日益增长，有机食品、绿色食品、功能食品、健康食品成为市场增长点，Nisin等天然食品添加剂成为了研发者关注的热点。

中国在该领域的专利申请趋势与全球大体相似，但是中国在该领域技术研发起步较晚，直至1993年才开始出现相关专利申请，这可能与我国从1990年才开始批准Nisin作为食品添加剂使用有关。中国在该领域的专利技术发展较快，从1993年开始出现专利技术产出，到2017年达到专利申请量的峰值，仅用了14年的时间，表明我国在该领域的研发投入不断加大。

1.2 专利申请人分析

1.2.1 专利申请人类型

由图2可以看出，Nisin在食品贮藏保鲜应用领域，企业申请的专利数量最多，专利申请为1968件；其次为院校/研究所，专利申请为688件。由此可以看出，企业为该领域专利申请的主力军，超过一半的专利产出都来自于企业，说明该领域的专利申请偏向于应用。此外，院校/研究所在该领域技术产出方面也有一部分贡献。

1.2.2 专利申请人排名

如图3可知，Nisin在食品贮藏保鲜应用领域，卡夫食品集团品牌有限责任公司（以下简称“卡夫食品”）专利申请量遥遥领先于其他专利申请人，该公司主要围绕奶酪、面包等食品贮藏保鲜技术进行研发；其次是帝斯曼知识产权资产管理有限公司，它是荷兰皇家帝斯曼集团知识产权的管理人，配合帝斯曼集团在全球推进各领域业务发展，帝斯曼集团在该领域侧重于研发含有Nisin的复合保鲜剂；此外，其他的专利申请人之间专利申请量相差较小。

该领域排名前十的专利申请人中，国外申请人占8个，中国申请人仅占2个。国外申请人中，丹麦占3个（杜邦营养生物科学有限公司，诺维信公司，丹尼斯科有限公司），美国占2个（卡夫食品，威司克斯公司），荷兰占2个（帝斯曼知识产权资产管理有限公司，荷兰联合利华有限公司），由此可以看出，丹麦、美国、荷兰是中国在Nisin在食品贮藏保鲜应用领域实力较强的竞争对手。中国专利申请人在该领域进行创新研发的过程中，应及时规避竞争对手的专利风险，准确把握公司的专利定位，在专利布局上加以侧重，形成合理有效的专利保护。

1.3 专利技术分布分析

1.3.1 技术集中度

如表1所示，Nisin在食品贮藏保鲜应用领域，与A23L3相关的专利申请量排名第一，是该领域专利申请的主要方向，这与Nisin在食品贮藏保鲜领域的主要作用为抗菌、杀菌相契合；其次是A23B4、A23L1、A23L13专利申请数量较多，原因可能在于更多研发人员关注到，肉、鱼、香肠等肉类或肉类制品营养丰富、水分含量高，在加工贮藏过程中更容易受到微生物污染，发生腐败变质，不但会造成不必要的经济损失，还易引发食物中毒，危害消费者身体健康，为了有效抑制肉制品腐败变质，维持食品品质，不断探究更加绿色、广谱、高效、安全的保鲜技术成为肉制品加工领域的研究热点。此外，Nisin也被应用在水果、蔬菜、干酪、饮料、调味料等食品加工中。总体来看，Nisin作为食品保鲜剂被广泛应用在各类食品贮藏保鲜中，尤其是肉制品加工中，延长产品货架期。

1.3.2 专利技术主题

本文对检索到Nisin在食品贮藏保鲜应用领域的2915件专利技术主题进行初步分析，可以将其分为六大类：单一应用、复配保鲜剂、与物理技术协同杀菌、微胶囊化、抗菌食品包装膜、其他（见图4）。

由图4可知，在该领域专利申请中，单一应用Nisin的专利申请占比最大，为53.48%，其中此类专利申请，大部分是在食品加工过程中直接将Nisin与食品原料充分混合，从而达到杀菌保鲜的效果。其次为含有Nisin的复配保鲜剂开发应用类专利。再次为抗菌食品包装膜、其他类专利，其中含有Nisin的其他类专利主要涉及在奶酪、酸奶、调料味等食品的加工过程中添加产Nisin的细菌，从而延长产品货架期。由上述分析可以看出，目前将Nisin单一应用到食品中，是其作为食品保鲜剂在食品贮藏保鲜领域最常用的应用方式。此外，含有Nisin的复配保鲜剂开发利用是该领域专利技术热点，这与近年来该领域研发方向大体相一致，因此，相关研发人员应重点关注Nisin与其他物质协同杀菌方面的技术产出。

1.4 专利法律状态分析

由图5可知，Nisin在食品贮藏保鲜应用领域，失效专利占59.89%，有效专利仅占24.03%。然而，63.73%的失效专利是由于专利被撤回或驳回造成的，说明该领域很多专利申请不满足专利法对新颖性和创造性的要求，缺乏技术创新性，导致专利申请人主动撤回或在审查阶段被驳回；此外，21.79%的失效专利是由于未缴年费造成的，说明该领域的有效专利维持时间较短，因为专利权人在授权专利长时间未得到转化或应用的情况下，往往会放弃其取得的专利权，以避免承担后期高昂的专利维持费用。

通过上述分析表明，首先，该领域的技术创新度有进一步提升的空间，专利申请人应研发更多具备较高专利价值和市场价值的专利技术。其次，创新主体，尤其是企业，应重视对该领域失效专利的应用，直接利用市场预期好、技术可实施性强的失效专利，如期限届满的专利，获取专利核心技术，实现企业稳步快速的发展；二次开发利用极具技术价值和市场价值但无法直接实施利用的失效专利，对专利技术进行优化和提高，实现核心技术的弯道超车，提升企业等创新主体的创新发展水平。此外，企业在食品实际生产的过程中，尽量避免使用竞争对手有效专利技术，产品销售前应进行专利自由实施（Freedom to Operate，FTP）分析，规避专利侵权风险，使企业保持持续稳定的发展。

2 Nisin在食品贮藏保鲜的应用进展

2.1 单一应用

Nisin作为食品添加剂之所以能够广泛应用于食品贮藏保鲜领域，其除了抗菌性能优异、安全、高效之外，还不会对食品的颜色、味道、质构、口感等产生负面影响。本文检索到的1559件单一应用Nisin类专利，大部分是将Nisin直接添加到食品原料中，降低化学类食品防腐剂、食盐的用量，或作为化学类食品防腐剂的替代物，并且同样能够抑制食源性致病菌、腐败菌的生长。

钟满喜在即食风味酱板鱼加工中添加Nisin，显著降低了产品中亚硝酸盐的添加量，减少了具有致癌性的亚硝酸铵产生量，提高了产品安全性能。黄明等]在鸭胸肉的腌制液中使用Nisin取代亚硝酸盐，同样解决了产品在加工贮藏过程中出现的腐败问题。SUN等、毛海霞等分别在复合黑色发酵果酒、全汁发酵猕猴桃酒加工中使用Nisin替代SO2部分杀菌作用，降低了由于SO2的添加对人体造成的潜在危害。崔俊锋等在醇香低盐蘸料加工中添加Nisin，降低了食盐用量，同样能够延长产品保质期。

本部分专利技术中，Nisin除单一应用到上述食品保鲜领域之外，也被广泛应用到奶类制品、饮料、糕点、调味料、面条、年糕、饼类、水果干、蜜饯等食品研发中，均达到了较好的贮藏保鲜效果。

2.2 复配保鲜剂

虽然Nisin杀菌范围较广，对大部分革兰氏阳性菌具有较强的杀菌作用，然而，一般情况下Nisin对革兰氏阴性菌、酵母菌、霉菌无抑制作用。因此，将Nisin与其他物质复配成复合保鲜剂，应用在食品贮藏保鲜领域，可以扩宽Nisin的抑菌谱，延长食品的货架期。本文检索到的663件含有Nisin的复配保鲜剂类专利中，大部分复合食品保鲜剂，不仅能够有效抑制微生物的生长繁殖，还能抑制脂肪等物质氧化，阻止不良风味的产生，保持产品的品质和色泽。

本部分专利技术中，与Nisin配合使用较多的抗菌物质有溶菌酶、纳他霉素、ε-多聚赖氨酸、有机酸等，食品抗氧化物质为茶多酚等。例如，周涛等将乳酸链球菌素、溶菌酶、大蒜汁、迷迭香提取物制成的复合生物保鲜剂，能够有效抑制醉螺中微生物的生长，并且还能改善产品风味。高程海等利用乳酸链球菌素、纳他霉素、茶多酚、中药提取液组成的食品添加剂保鲜贮存海葡萄，与传统的盐水保鲜技术相比，同样能够延长产品的保质期，且能够保持海葡萄的脆性与鲜度。莫树平等采用ε-多聚赖氨酸、乳酸链球菌素、纳他霉素、葡萄糖酸内酯、EDTA二钠、单甘油脂肪酸酯制成的复合生物防腐剂，能够保证生鲜肉类在销售中的新鲜度。SHEEHAN等将Nisin、有机酸及其盐物制备成食品抗菌添加剂，应用到饮料食品中，扩大了Nisin的抑菌范围，有效阻止了食品腐败变质，延长了产品保质期。

本部分专利技术中，含有Nisin的复配保鲜剂的成分涉及种类较多，除上述提到的之外，还有异维生素C钠、植物提取物、天然香辛料提取物、植物精油、柠檬酸、三聚磷酸钠、果胶低聚糖等，与Nisin复配后广泛应用到各类食品研发生产中，能够有效提升产品的商业价值，延长食品的保质期。

2.3 与物理技术协同杀菌

栅栏技术是将多种不同的保藏技术联合抑制食品中微生物生长繁殖，近年来被广泛应用到食品工业中。Nisin作为栅栏技术的一部分，引起了一些专家学者的持续关注。Nisin与物理技术，或Nisin、其他抗菌抗氧化物质与物理技术联合使用，均能够有效抑制食品中微生物引起的食品腐败变质，最大限度保留食品营养价值，提升食品品质。本文检索到77件与物理技术协同杀菌类专利中，涉及到的物理技术主要有超高压方法、低压电场、辐照、等离子体、电磁场、巴氏杀菌、气调保藏等，如表2，上述物理技术与Nisin等抗菌物质联合使用，均达到了较为理想的食品贮藏保鲜效果。

2.4 微胶囊化

随着Nisin在食品保鲜领域的广泛使用，很多学者研究发现，如果将Nisin直接应用到食品中，其可能与食品中的蛋白水解酶发生酶解反应，或者与蛋白质、脂肪等成分发生键合作用，从而导致Nisin抗菌活性的降低。因此，将Nisin进行微胶囊化处理，既可以减少其与食品各组分相互作用，又能达到缓释的目的。本文检索的101件微胶囊类专利，主要是应用脂质体、聚合物微胶囊等载体改善Nisin的抗菌保鲜性能。

乔建军等利用磷脂、胆固醇、Nisin制备了Nisin热敏脂质体，能够通过调节温度控制Nisin释放，提高了Nisin的稳定性及利用率。然而，相比脂质体存在制备成本高、磷脂类原料易被氧化、使用有机溶剂等问题，聚合物微胶囊在食品贮藏保鲜领域更具有发展前景。例如，饶胜其等采用蛋白质加热变性凝胶的方法制备的蛋清蛋白-Nisin纳米粒子，增强了Nisin的稳定性，并且能够长效抑菌。刘伟等采用壳聚糖作为壁材，Nisin、菊粉、果胶作为芯材，制备的抗菌复合微粒，应用到果汁生产中，抗菌作用明显，同时能够保证产品的感官特性、营养品质。GONG等以聚赖氨酸、Nisin、氯化钙、海藻酸钠、壳聚糖为原料制备的抗菌微胶囊，呈现良好的抗菌防腐性能，并且不影响食品的风味。

本部分的专利技术，能够广泛应用到食品加工、表面保鲜领域，提升了Nisin在食品保鲜领域的应用价值。

2.5 抗菌食品包装膜

随着人们环保意识的不断增强，绿色食品包装得到了国内外专家学者的广泛研究，作为极具应用前景的绿色食品包装之一，抗菌食品包装膜也持续受到关注。本文检索的381件含有Nisin的抗菌食品包装膜类专利，大部分是围绕可食性抗菌膜进行研发创新，涉及到可食性抗菌膜种类很多，按照基材种类可分为多糖类、蛋白质类和复合型可食性抗菌膜，如表3。本部分专利技术将Nisin固定到可食性抗菌膜中，提高了Nisin的稳定性，并且Nisin能够缓慢释放到食品包装内的微环境中，实现了食品的长效保鲜。

结论与展望

本文从专利数据及专利技术角度，对Nisin在食品贮藏保鲜应用领域技术开展研究，得出以下结论：全球技术发展呈现明显的阶段性特点，近年来中国在该领域取得了较为快速的发展，专利产出数量较大，然而，丹麦、美国、荷兰的研发实力不容小觑，是中国在该领域强有力的竞争对手。企业在该领域专利技术创新中占据了主导地位，卡夫食品、帝斯曼集团等国外食品公司的技术对中国专利申请人更具威胁。以企业为主的创新主体在技术研发过程中，应及时把握Nisin在单一应用、复配保鲜剂、与物理技术协同杀菌、微胶囊化、抗菌食品包装膜等方面的研发动向。在Nisin与其他物质协同杀菌方面等热点研发领域及时开展专利布局并不断深化，合理利用失效专利技术进行二次开发应用，同时规避专利侵权风险，实现企业快速稳定发展。

本文研究表明，Nisin作为一种天然、高效、安全的食品防腐剂，已被广泛研究并应用在食品贮藏保鲜领域。然而，Nisin的抑菌谱较窄，且抗菌作用机理尚未明确，导致其在食品工业领域的应用受到了一定的限制，因此今后可通过利用基因工程等生物技术手段，或者结构修饰或改性的方式，进一步拓宽Nisin的抑菌谱，从而扩大Nisin在食品工业中的应用范围，提升Nisin产品附加值。此外，今后应从更深入的层次研究Nisin与细胞膜间的相互作用机理，将为其在食品领域的应用奠定理论基础。