呂建秋，胡安陽

（1.廣東省科技管理與規(guī)劃研究院，廣東廣州 510642；2.華南農(nóng)業(yè)大學創(chuàng)新方法研究所，廣東廣州 510642；3.華南農(nóng)業(yè)大學食品學院，廣東廣州 510642）

1 研究背景

TRIZ 是俄文“теории решения изобретателckиx зала”轉(zhuǎn)換成拉丁文“Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch”的詞頭縮寫［1］1，即發(fā)明問題解決理論。TRIZ 理論有八大進化法則，但經(jīng)過后期的推廣應用與推展，目前學術界已發(fā)展出約20 種典型進化模式和350 條進化路線，其中最為著名的技術進化模式有Fey 等［2］提出的6 種進化模式、Zlotin 等［3］提出的10 種技術進化模式和Mann［4］提出的11 種進化模式。

在激烈的市場競爭環(huán)境中，企業(yè)要想長久發(fā)展和生存就必須有兩方面的發(fā)展：第一，提供質(zhì)量更好且價格更低的產(chǎn)品服務，可以在有限的市場中具有較大的競爭力；第二，推陳出新，開發(fā)新的產(chǎn)品和消費理念，足以開辟新的市場空間［5］。傳統(tǒng)的食品加工產(chǎn)品在與水果等其他相關產(chǎn)品競爭中絲毫沒有優(yōu)勢，銷量難以提升、市場難以擴大，而且目前在食品開發(fā)研究中，大多數(shù)仍停留在試錯法和頭腦風暴的層面，主要依賴從業(yè)人員的經(jīng)驗，效率較低、周期較長，因此，亟須開發(fā)出更多具有技術創(chuàng)新性和市場適應性的產(chǎn)品，在滿足人們對食物多功能需求的同時還能開辟市場，助力企業(yè)長遠發(fā)展。故本研究將TRIZ 引入食品加工領域，從專利的視角，在總結技術系統(tǒng)進化過程的基礎上對進化路線進行提煉，按照技術系統(tǒng)的進化層次關系構建一種樹狀信息模型，即進化樹，意在通過系統(tǒng)分析食品開發(fā)過程中遇到的問題，提出科學有價值的食品產(chǎn)品發(fā)展方向，得到切合實際、創(chuàng)新性較強的最終產(chǎn)品。

2 基于TRIZ 理論的專利預測方法

2.1 傳統(tǒng)的產(chǎn)品專利預測方法

當前，國內(nèi)外研究多采用社會網(wǎng)絡分析方法，從專利擁有者、發(fā)明人協(xié)作網(wǎng)絡和專利引文網(wǎng)絡等方面對專利信息進行挖掘，并對專利質(zhì)量、技術預測、行業(yè)間知識流動、技術評價和企業(yè)核心技術進行深入研究。到目前為止，關于專利技術發(fā)展狀況方面的研究主要包括技術擴散、技術發(fā)展趨勢預測、技術結構變化等。如，Nam 等［5］利用商標網(wǎng)絡和全球?qū)＠W(wǎng)絡對技術全球化引起的垂直結構上發(fā)生的變化進行研究，總結出了知識產(chǎn)權在全球擴散的情形；楊中楷等［6］基于社會網(wǎng)絡分析方法，利用美國專利商標局數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，通過專利引文網(wǎng)絡技術探究不同領域間的關系，來追蹤不同領域間有關專利知識流動的信息，從而展現(xiàn)出相關專利網(wǎng)絡的宏觀特征。同時，專利技術路線圖作為現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)預測、技術發(fā)展規(guī)劃的新型創(chuàng)新工具，經(jīng)常被各級管理部門、創(chuàng)新機構用于產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展規(guī)劃和技術發(fā)展預測研究。專利技術路線圖的應用，不僅能夠幫助相關部門更加直觀地了解有關產(chǎn)品研究的市場定位和產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，也能通過專利價值度的設定了解關鍵技術及未來一定時間內(nèi)的相關技術發(fā)展趨勢［7］。

2.2 基于TRIZ 專利預測研究現(xiàn)狀分析

劉新敏等［8］對有色金屬尾礦治理技術發(fā)展進行預測時發(fā)現(xiàn)，通過對專利生命周期地圖分析有存在不足之處，于是通過引進TRIZ 對未來技術發(fā)展進行預測，在判斷產(chǎn)品不同加工周期的基礎上，采用不同的進化路線來對產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展方向作出選擇，通過跨學科理論方法的使用豐富專利預測研究的理論體系。樓旭明等［9］對無人機技術進行研究時，將傳統(tǒng)的基于專利技術生命周期和S 曲線進行比較研究，并將專利分析與TRIZ 中的進化法則理論結合起來，在通過大量專利數(shù)據(jù)回歸分析判斷技術足夠成熟的基礎上，選擇不同的進化法則來預測下一步技術關鍵領域的進化方向。周紹章［10］通過構建具體產(chǎn)品的進化樹來直觀地展示產(chǎn)品的進化過程，通過與基礎模型的比較來分辨出具體產(chǎn)品的進化可能。

3 食品加工產(chǎn)業(yè)相關分析方法及理論基礎

3.1 S 曲線

S 曲線是一種用來描述技術系統(tǒng)參數(shù)隨時間變化的曲線。有研究在S 曲線的拓展中，進一步將技術的有益功能的參數(shù)分為了3 個方面：專利數(shù)量、專利等級和企業(yè)利潤［11］。根據(jù)TRIZ，無論是一個簡單產(chǎn)品還是復雜的技術系統(tǒng)，其核心技術的發(fā)展都是遵循著一定的客觀規(guī)律來發(fā)展演變的，即具有客觀的進化規(guī)律和模式［1］1。同生物系統(tǒng)的進化類似，技術系統(tǒng)也面臨著自然選擇和優(yōu)勝劣汰，技術進化系統(tǒng)的S 曲線是一個技術系統(tǒng)從孕育、成長、成熟到衰退的變化規(guī)律的曲線，可用于評估現(xiàn)有技術的成熟度，有利于合理投入和分配。技術系統(tǒng)進化各個階段的特點如圖1 所示。

圖1 技術系統(tǒng)進化的S 曲線

3.2 進化樹

進化樹應至少具備3 項功能：一是記錄技術系統(tǒng)過去的技術狀態(tài)，二是可以展現(xiàn)競爭技術的發(fā)展情況，三是可以展現(xiàn)未來可能的技術路線。尼古拉·什帕科夫斯基簡化得到了技術進化的10 條路線，如表1 所示［12］。

表1 技術進化路線與方法

4 專利分析

目前市場上流通的柚子皮相關產(chǎn)品較少，基本上所有工廠中關于柚子皮產(chǎn)品的加工也僅僅停留在傳統(tǒng)的果脯蜜餞、茶飲、糕點等方面，因此，以柚子皮產(chǎn)品加工為例，分析其未來可進一步開發(fā)的其他系列產(chǎn)品的方向。

研究數(shù)據(jù)來源于中國南方知識產(chǎn)權信息中心，檢索時間為2020 年12 月30 日。在檢索過程中，數(shù)據(jù)庫內(nèi)容范圍為我國，關鍵詞為“柚皮”“柚子皮”，字段為“標題”“摘要”“權利要求”“正文”。將檢索出的專利進行初步篩選：首先刪除專利的法律狀態(tài)為將被駁回、視為撤銷、放棄等失效專利，為保證專利的全面性，保留未繳年費和期限屆滿狀態(tài)的過期專利；其次剔除與產(chǎn)品無關的柚子果園建筑設計、柚子相關加工運輸設備等相關專利；最后根據(jù)專利名稱去掉在權利要求書中提到柚子皮的某些成分提取方法，并根據(jù)專利權利要求和摘要去掉柚木、柚子花、柚子肉、柚籽等與柚子皮無關專利，得到以柚子皮為原材料的我國加工產(chǎn)品專利數(shù)據(jù)庫。

如圖2 所示，最早的柚子皮相關專利出現(xiàn)在1992 年，但是相關專利數(shù)量在2001 年之前均趨近于零，2002—2010 年期間開始增多，但是波動較大，2011 年逐漸上升，其中2014 年更是突飛猛進，至2016 年突然出現(xiàn)下降趨勢，但是專利數(shù)量依然較多。2011 到2016 年柚子皮產(chǎn)品的專利數(shù)量增長相當迅速，可能是由于國家在“十二五”規(guī)劃（2011—2015年）中著重強調(diào)要發(fā)展農(nóng)業(yè)所導致。對照圖1 來看，目前我國柚子皮產(chǎn)品加工從正處于嬰兒期向成長期發(fā)展的階段，專利數(shù)量經(jīng)歷了1 次減少然后上升的過程，后期專利數(shù)量很大可能將繼續(xù)大幅上升，而在龐大的專利數(shù)量中，只有提高產(chǎn)品本身的創(chuàng)新性，才能成功占有一定的市場份額。

圖2 我國柚子皮相關產(chǎn)品專利申請數(shù)量的年度分布

截至2020 年12 月22 日，將所有專利逐步篩選完成后，國內(nèi)柚子皮相關產(chǎn)品專利有1 194 件，按產(chǎn)品用途分類，如圖3 所示。

圖3 我國柚子皮相關產(chǎn)品專利的領域分布情況

5 進化樹構建

5.1 主干構建

鑒于柚子皮作為產(chǎn)品原料在加工和制備中的特殊性，依據(jù)物質(zhì)分割路線來構建進化樹的主干。選擇基礎方案，從最原始材料角度出發(fā)劃分柚子皮分割路線。柚子皮可分為海綿層和油泡層兩部分，根據(jù)不同的加工方式可以對其進行切片、切丁，還可以對其進行簡單干燥和打漿處理得到粉和漿，更深一步提取可以得到精油和柚子皮提取物（如圖4 所示）。

圖4 柚子皮產(chǎn)品進化樹主干

5.2 主干的進化分支

以主干上的原材料為出發(fā)點，以加工材料和原理為依據(jù)，根據(jù)構建進化樹規(guī)則，將進化樹主干上的每一個分支進行第2、第3 層甚至第4 層的延伸，最終組合到一起，得到完整的柚子皮進化樹。比如，在構建以海綿層為基礎方案的進化樹分支時，在柚子皮的內(nèi)部特性進化路線上，首先除去其水分和苦味之后可以包裝成為柚子菜干；然后打粉，通過碳化可以制成對重金屬或其他一些有害物質(zhì)和氣體進行吸附的材料（如衛(wèi)生巾、除味劑等）；將碳化后的材料再活化，可以進一步得到一種電極材料；等等。與此同時，在系統(tǒng)擴展和減裁路線上，柚子皮菜干加鹽腌制后可以做成咸菜柚子皮，添加其他輔料與食品添加劑可以得到各種口味的即食柚子皮，與各種蔬菜肉類翻炒后可以得到一些家常菜品，等等。又如，在構建以油泡層為基礎方案的進化樹分支時，在系統(tǒng)組件裁剪路線上，可以利用化學手段提取天然色素，等。將上述產(chǎn)品填入進化樹節(jié)點，構成進化樹分支如圖5 所示。

圖5 以主干中的原料為基礎方案的柚子皮產(chǎn)品進化樹分支

柚子皮切片和柚子皮丁是柚子皮的不同形態(tài)，以此為原料，在“單—雙—多”系統(tǒng)進化路線上，柚子皮切片脫水后可制成柚皮脆片，柚皮脆片可以與其他水果蔬菜脆片包裝成混合蔬果干后銷售；柚子皮丁可以在糖腌過后制成蜜餞、餡料和果醬，進一步添加面粉、果蔬醬、蜂蜜等可以分別制成柚子酥、復合果醬、蜂蜜柚子茶等產(chǎn)品；柚子皮丁和柚子皮切片在烘干后可以與不同的花搭配成茶包，也可以和一些中藥材搭配成藥包、枕頭等產(chǎn)品。將上述產(chǎn)品填入進化樹節(jié)點構成進化樹分支，如圖6 所示。

圖6 基于“單—雙—多”進化路線的柚子皮產(chǎn)品進化樹分支

同理，柚子皮粉脫苦后可以與其他果蔬粉一起制成代餐粉，加水與面粉揉合后可以制成面條、餅干、面包等面制品；還可以作為直接原料加入柚子皮鹽、貓砂、肥料、飼料等制作過程中。而柚子皮打成漿后，主要用于柚子風味果汁和白酒的制作，柚子果汁又可以與其他風味的果汁按一定比例調(diào)配成混合果汁，也可以與其他原料共同發(fā)酵成具有不同風味的白酒和果酒，還可以加入辣椒、鹽等調(diào)味料制成柚子皮辣醬，等等。將上述產(chǎn)品填入進化樹節(jié)點構成進化樹分支。再如，柚子皮精油雖為液體，但是也屬于柚子皮提取物中的一種，在產(chǎn)品中有部分重合的地方，參考楊喆茗［13］的研究思路，因此考慮納入柚子皮精油一起構建進化樹分支。柚子皮精油是從柚子皮中提取的一大類芳香氣味物質(zhì)［14］，可以作為抑菌劑和保濕劑添加到按摩油、香薰、清潔產(chǎn)品和護膚產(chǎn)品中［15］。柚子皮提取物中含有黃酮類化合物、多糖、果膠、膳食纖維等多種不同類別的功能成分，也經(jīng)常添加到清潔產(chǎn)品和護膚產(chǎn)品。其中，黃酮類化合物主要是柚皮苷，柚皮苷加氫后可以制成二氫查耳酮（Dihydrochalcone，DHC），可作為甜味劑；清潔產(chǎn)品包括洗面奶、沐浴露、洗發(fā)水、卸妝膏等具有日常清潔功能的產(chǎn)品；護膚產(chǎn)品包括精華液、爽膚水、面膜等具有日常護膚功能的產(chǎn)品。除此之外，柚子皮提取物還能制成抑菌軟膏［16］。將上述產(chǎn)品填入進化樹節(jié)點構成進化樹分支。

5.3 柚子皮產(chǎn)品進化樹

通過以上步驟，逐步構建出柚子皮加工產(chǎn)品進化樹的每個部分，將所有部分依次加入進化樹的主干，則可構建完整的柚子加工產(chǎn)品進化樹，如圖7所示。可以看出，過去柚子皮產(chǎn)品的發(fā)展主線主要有兩個方面：一是基于其最基礎的食用功能，通過不斷提升的加工工藝來不斷產(chǎn)生新的可食用的產(chǎn)品，如為了提高產(chǎn)品附加值，從柚子皮中提取了功能成分，制成有保健功能的食品、日化產(chǎn)品和藥物；二是利用其結構和風味特性，將其相關產(chǎn)品直接添加到貓砂等許多材料的制作當中，或再進行不同技術加工處理，制成工藝更為復雜的吸附材料和電極材料等。

圖7 柚子皮產(chǎn)品進化樹

6 基于產(chǎn)品進化樹的產(chǎn)品發(fā)展趨勢及預測

從產(chǎn)品在柚子皮進化樹的分布情況看，大部分集中在進化樹的低端和主干，尚處在初級加工與半精深加工水平，因此，從產(chǎn)品的技術構成視角，未來的柚子皮加工技術將從舊S 曲線向新曲線躍遷，生產(chǎn)具有高附加值的精深加工產(chǎn)品為主。

從進化樹主干可以看出，隨著分割層級越高，相關產(chǎn)品就愈加動態(tài)化，且產(chǎn)品的作用也愈加具體。如圖4 中，分割路線上沒有真正的氣體層級產(chǎn)品存在，而香薰可考慮劃歸到氣體層級，說明市場需求是存在的，但是真正氣態(tài)的相關加工產(chǎn)品尚未出現(xiàn)，可能是由于加工工藝還未能支撐其得以實現(xiàn)。此外，柚子的風味主要存在于柚子皮中，目前無論是食品加工中要保留柚子風味，還是身體乳、卸妝膏等高端產(chǎn)品以柚子清香為賣點，都說明柚子風味是柚子皮下一個有待深入發(fā)掘的產(chǎn)品功能?？梢姡粋€完全氣態(tài)的柚子皮加工產(chǎn)品是一個具有很大潛力的技術進化方向?？尚械募夹g方案包括但不限于如下：

方案一：新鮮柚子在切開柚子皮時的味道是非常清香的，但是隨著時間的推移氣味會越來越淡，因此可以考慮將這些揮發(fā)性的芳香物質(zhì)向氦氣（He）、氫氣（H2）等氣體及時收集儲藏起來。柚子皮加工產(chǎn)品進化樹的進化路線以“單—雙—多”系統(tǒng)路線、系統(tǒng)組件裁剪路線為主，“單—雙—多”系統(tǒng)路線主要體現(xiàn)在柚子皮與其他原料相結合，共同加工得到一個新產(chǎn)品，隨著分支的不斷延伸，產(chǎn)品中包含的元素也越來越多，到后期就沒有什么發(fā)展空間了，則可以通過“系統(tǒng)擴展—裁剪路線”和組件裁剪路線，進一步刪減或替換原有系統(tǒng)中的元素得到新產(chǎn)品。

方案二：將添加柚子皮的菜品中所用到的原料進行脫水處理，并按比例包裝制作成柚子菜包等半加工方便食品。因為還有一部分“單—雙—多”系統(tǒng)路線在延伸過程中由于加工工藝類似，進化路線未繼續(xù)延伸，故，可以考慮引入一些新的物質(zhì)和場進行組合得到新產(chǎn)品，也可以刪減或替換原有系統(tǒng)中的元素，得到新產(chǎn)品。

方案三：將柚子皮粉與鹽混合制成柚子皮鹽，同時在進化樹節(jié)點上也具有柚子辣醬產(chǎn)品，因此可以將鹽替換辣椒粉得到柚子皮風味的辣椒粉。因為在進化樹的頂端是從柚子皮中提取的功能成分，但是目前市面上的有關產(chǎn)品在添加不同元素過程之中都只顯示添加了柚子皮提取物或柚子皮油，極少有針對不同功能成分設計具有不同功能的產(chǎn)品，故，可以考慮設計不同類型的產(chǎn)品。

方案四：有研究表明黃酮類化合物在驅(qū)蚊方面具有和六神花露水等相當?shù)男Ч?，因此可以將從柚子皮提取的黃酮類化合物進行配比后制成驅(qū)蚊水。

方案五：柚子皮中提取得到的膳食纖維可以代替柚子皮粉制成代餐粉，在增加飽腹感的同時改善腸道微生物、促進消化，使之具有更高的產(chǎn)品價值。

方案六：可籠統(tǒng)地將水提取物、醇提物和柚子皮油細化為各種單獨的、具有不同功能的成分，以設計不同類型的產(chǎn)品。

7 結論

在對有關食品加工技術專利分析過程中，本研究發(fā)現(xiàn)柚子皮相關產(chǎn)品的技術發(fā)展已經(jīng)從嬰兒期向成長期轉(zhuǎn)變，在之后的產(chǎn)品開發(fā)過程中要突破常規(guī)思維，才能提高產(chǎn)品本身的創(chuàng)新性，成功占有一定的市場份額。目前國內(nèi)柚子皮相關專利較多，其中有一部分專利還未轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，絕大部分專利對應的相關產(chǎn)品在市場上還較為小眾，未被消費者所熟知。在構建柚子皮產(chǎn)品進化樹后，可以明顯地發(fā)現(xiàn)未來柚子皮產(chǎn)品發(fā)展的四大主要方向：

（1）填補進化樹主干上氣態(tài)節(jié)點中的空白，開發(fā)出氣態(tài)的柚子皮產(chǎn)品；

（2）對于節(jié)點較多的進化樹分支，通過“系統(tǒng)擴展—裁剪路線”和組件裁剪路線刪減或替換原有系統(tǒng)中的元素獲得新產(chǎn)品；

（3）對于節(jié)點較少的進化樹分支，通過引入一些新的物質(zhì)和應用場景進行組合得到新產(chǎn)品，也可刪減或替換原有系統(tǒng)中的元素得到新產(chǎn)品；

（4）針對不同功能成分的特性設計不同類型的產(chǎn)品。

以柚子皮加工產(chǎn)品的預測為例，本研究提出的基于TRIZ 的專利預測方法創(chuàng)新與應用的實用性，證明了利用TRIZ 的進化路線理論同樣能夠達到傳統(tǒng)的利用專利技術生命周期、S 曲線和專利地圖等方法的效果。TRIZ 的進化路線同樣能和專利分析很好地結合起來，今后在進行有關加工產(chǎn)品理論研究時，可以從產(chǎn)品具體進化樹的構建角度進行相關實證分析。