黑色素是广泛存在于自然界中的一类色素，是目前已知生物色素中含量最多、分布最广的一类色素^[1]。天然黑色素是由酚或吲哚类化合物氧化聚合形成的非均质高分子量化合物^[2]，主要包括3类：(1)真黑色素，一般不含硫元素，且颜色一般为深黑；(2)棕黑色素，含有硫元素，颜色一般较真黑色素浅，偏向于棕黑色、黄棕色、棕色；(3)异黑色素，呈棕色、黑色或黄色，主要存在于植物体中^[3-6]。已有研究证实，黑色素具有良好抗菌^[7]、抗辐射^[8]、抗肿瘤^[9]等生物活性，而这些活性使黑色素在生产和生活中具有巨大的应用潜力和价值。

真菌是获取黑色素的一条重要途径，由于真菌可以迅速和大量地繁殖，它与植物和动物相比，具有更短的生产周期和更高的产量，并且所生产的黑色素性质更加均一，易于实现产业化^[10-12]。

专利文献是科学研究、技术发展和商业经济最为重要的信息来源，据统计全球有超过80%的技术信息会在专利文献中展现，并且通常不会在其它地方出现^[13]。专利文献中蕴含着丰富的技术、法律和经济信息，是一种非常重要的战略资源，对专利信息的有效利用不仅可以使科学研究人员和生产经营者掌握最前沿的技术发展趋势、市场机会和可能的法律风险，而且还能为产业发展政策的制定提供可靠的依据^[14]。因此本文旨在通过专利分析，揭示真菌黑色素领域当前的专利活动特点，为我国在该领域的科技创新和产业化提供参考。

1 研究方法

本文使用IncoPat专利检索系统。该系统数据包含来自美国、日本、韩国、俄罗斯和欧洲等112个国家组织或地区的专利，其专利总量已超过1.24亿件，涵盖了申请国家、申请人、专利号、专利类别、专利状态和诉讼状态等数据。IncoPat系统全球专利信息每周更新4次，并基于大数据对专利进行了深度整合。这些专利数据可以帮助人们了解相关技术市场分布，掌握行业竞争态势，指导技术研发创新，制定自身经营策略和规避专利侵权风险。IncoPat独创的合享价值度是专利价值评判的综合指标，主要通过技术稳定性、技术先进性和保护范围三大指标综合计算得出，衡量的具体指标涵盖了专利法律状态、诉讼行为、质押行为、复审请求、无效请求、同组专利数、被引证数、许可转让行为、研发人数、权利要求数、专利有效期和专利年龄等，能够较为全面地对专利质量进行评价。因此，IncoPat系统在专利统计领域得到了广泛使用^[14-16]。

专利检索中常采用《国际专利分类表》(International Patent Classification，IPC，http://www.sipo.gov.cn/wxfw/zlwxxxggfw/zsyd/bzyfl/gjzlfl/201608/t20160831_1289458.html)分类号对专利进行检索，但由于真菌在《国际专利分类表》的分类中不构成单独分类，因此本文采用检索式检索。在IncoPat高级检索栏下的指令检索中，构建检索式并不断修正，将检索结果依次添加入库，比较检索结果是否有增加，以最大限度提高黑色素相关专利的查全率，最后确定采用以下2个检索式(检索日期截止到2018年3月30日)：

(1) TIAB=(真菌OR fungi OR fungus OR蘑菇OR mushroom OR霉菌OR mould OR mold OR酵母OR yeast OR菌丝OR hypha* OR mycelium) AND TIAB=(黑色素OR *melanin)；

(2) TIAB=(*耳OR *芝OR *霉OR *蘑OR *菇OR *菌NOT细菌) AND TIAB=(黑色素OR *melanin)。

合并检索结果，去除重复专利，共检索到专利1 909件。经人工反复阅读检验筛选，排除无关结果后，得到真菌黑色素相关专利共154件，合并同族后共89件。

2 结果与讨论 2.1 统计归类

对筛选后得到的专利文献进行人工标引，按照应用前景划分，可将真菌黑色素专利文献主要划分为生产制备、化工原料和食品医药这3个方面。其中，在黑色素生产制备领域申请的专利数量最多，达到45件，主要涉及提取工艺方法、培养基配方的设计、高产菌株培育、黑色素改性等方面；将其应用于食品医药领域研究的专利数量次之，有32件，主要涉及食品添加剂、着色剂等方面，在生物活性上具有增加免疫力、降血脂、抗肾衰、抗肿瘤、促进愈合、杀菌抗病毒等作用；将黑色素作为化工原料应用的专利数量较少，共12件，主要涉及染色剂和化妆品。研究应用的真菌菌属主要有层孔菌属、短梗霉属、木耳属、纤孔菌属、粒毛盘菌属、灵芝属和曲霉属(表 1)。

在黑色素生产制备领域申请的专利数量所占比例最大，而其中出芽短梗霉在这方面的相关专利数量和类型最多，最具代表性，为了更好地了解真菌黑色素相关专利的技术内涵，本文以出芽短梗霉的黑色素生产制备相关专利为例，具体分析了这些专利的技术特点(表 2)。从表 2中可以得知，出芽短梗霉在黑色素生产制备领域相关的专利可以细分为发酵培养基优化、高产菌株培育、黑色素体外生物合成、黑色素提取、与其他活性物质联产和黑色素改性等方面。其中值得关注的是：(1)在发酵培养基优化方面，主要是通过优化发酵培养基的组分，以提高菌株黑色素发酵产量，较为特殊的是在专利CN102517336A中添加了适量非营养物质H₂O₂，菌株为避免受到氧化应激伤害，会通过合成大量黑色素来保护自身，这为胁迫诱导其它菌株增产黑色素提供了一个新思路；(2)在高产菌株培育方面，可以通过特殊环境来诱导和筛选产活性黑色素的菌株，并通过对目标菌株生物学特性的全面了解，达到对该菌株的专利保护。在专利CN105154341A中，研究人员通过在辐射污染环境地表土壤中分离、筛选、选育、驯化得到一株可以耐辐射的出芽短梗霉，并发现该菌株所产黑色素可有效提高其它菌株在紫外照射下的存活率；(3)在黑色素体外生物合成方面，可以通过寻找与黑色素合成有关的酶和基因，利用基因工程技术，实现在体外快速大量生产黑色素的目标。在专利CN106701800A中，研究人员构建了包含出芽短梗霉聚酮合成酶基因的重组菌，利用重组菌生产聚酮合成酶，然后用于体外合成黑色素，该研究结果为大量、快速、稳定地获取黑色素提供了一条新途径；(4)在与其他活性物质联产方面，可以通过调节发酵过程条件来实现黑色素与其他活性物质的联产。在专利CN102492752A中，研究人员通过阶段调温的方法实现了黑色素与普鲁兰多糖的高效联产；(5)在黑色素的改性和提取方面，可以在充分了解目标菌株黑色素理化性质的基础上，对目标菌株黑色素进行有效的改性和提取。在专利CN107280995A中，研究人员发现菌株产生的黑色素不溶于水，为了更好地实现其生产应用，研究人员利用赖氨酸对黑色素进行修饰，实现了黑色素的水溶性，并采用水溶性黑色素成功制备了生物染发剂。

通过比较发酵培养基优化、高产菌株培育和黑色素体外生物合成这3个方面的出芽短梗霉黑色素相关专利，发现通过利用基因工程进行体外生物合成方面的技术可以较好地实现快速、大量生产黑色素的目标。在专利CN106701800A中就采用了该技术，利用体外生物合成技术后黑色素产量可高达35.6 g/L。此外，研究者们可以进一步通过黑色素与其它工业产品联产，或对黑色素进行修饰来提高真菌黑色素的应用和经济价值。

2.2 专利受理国家分布情况

专利受理国可以体现各国专利权人倾向于向哪些国家或组织保护该发明，也反映了该发明未来可能实施的国家或地区。真菌黑色素领域专利受理国分布情况如图 1所示，中国、俄罗斯、德国、日本4国为真菌黑色素领域专利重点布局国家，4个国家的专利数量占到了全球专利总量的81%，其中中国的专利数量最多，占比达到41%。

2.3 各国申请人专利布局

在专利申请过程中，通常申请者在本国申请专利比向国外申请专利更容易获批，因而仅凭单一专利数量难以准确判断不同国家的真实技术实力^[14]。因此，本文进一步对申请人国别和专利申请地区及组织进行分析。从图 2可知，日本、美国、白俄罗斯和印度在其他国家和组织公开的专利数量较多，表明这些国家的申请者更倾向于在海外布局专利，特别是向发达国家或专利组织申请专利，以获得更大的市场和利润。中国和德国的专利受理数量和本国申请者申请数量大致相同，表明这两个国家的申请者在本国专利布局较多，海外专利布局意识较弱。总体来说，我国申请人数量最多，专利资源丰富，但在海外布局强度较低，这提示我们应加强海外专利布局，强化专利保护意识，注重开拓海外市场。

2.4 真菌黑色素专利申请趋势分析

采用气泡图来分析专利公开数量全球排名前10位国家及组织真菌黑色素专利的申请趋势，气泡大小代表申请专利数量的多少。在图 3中，从专利申请的国家及组织来看，可以看出真菌黑色素专利在全球的布局情况，从各国专利申请的时间和数量上来看，可估计各国真菌黑色素产业的发展水平。日本最早于1977年申请了真菌黑色素的相关专利，但长时间来看，只进行了小规模的真菌黑色素相关专利的申请；20世纪90年代中期，俄罗斯学者对真菌黑色素进行了较为密集的研究，公开了15件专利；2006年，德国对真菌黑色素开展了一系列的研究，公开了15件真菌黑色素相关专利；2010年开始，中国掀起了真菌黑色素的研究热潮，其真菌黑色素相关专利年申请数量在2017年达到峰值，说明中国正在逐渐成为真菌黑色素研究的主力。从全球来看，真菌黑色素相关研究起步较早，但专利数量并不多。随着近些年对真菌黑色素研究的投入，其诸多的应用潜力将被逐渐发掘。

2.5 专利IPC分析

2.5.1 专利技术构成 对全球真菌黑色素专利IPC构成进行分析，前10位的分布情况见表 3。从表 3中可以看出，A61类和C12类专利数量最多，是真菌黑色素专利申请的主要技术领域(一个专利可能有多个分类)。

2.5.2 专利技术申请趋势 为了了解真菌黑色素专利技术申请趋势，进一步分析各IPC小类的专利在各年份的申请数量。从图 4可以看出，C12N、C12P和C12R小类在1996年前属于主要专利技术申请领域，但专利申请数量不多，说明此时真菌黑色素的研究尚处于萌芽状态。1996年后，C12类和A61类的研究逐渐兴起，成为两大热点技术申请领域。在2014年，A61K小类方面的专利年申请数量达到最多，成为最热门技术申请领域，说明真菌黑色素在该领域得到了深入的发展。在201-2016年，B01D领域也涌现出相当数量的专利申请，说明近年来黑色素的分离制备技术水平得到了进一步提升。总体来说，真菌黑色素专利技术发展呈现多样化，其中C12类和A61类是目前真菌黑色素专利技术申请的热点领域，并且在未来一段时间内将继续作为热点技术申请领域。

2.5.3 全球真菌黑色素专利竞争态势 通过比较各国在不同IPC分类号下的专利数量，可以了解不同国家在真菌黑色素技术领域的发展态势。从图 5中可知，中国、俄罗斯和德国是目前真菌黑色素相关专利申请数量排名前三的国家，这3个国家在A61K和A61P技术领域申请的专利数量相当，表明在该领域技术实力相当。值得注意的是，这三国在A61K和A61P技术方面申请的专利总量占全球在该领域专利数量的一半以上，说明在该研究方向上这三国是主力研发国家。在C12P和C12N技术领域，中国和俄罗斯专利申请量较多，是该研究领域的主力国家。在C12R和C09B技术领域，仅中国有较丰富的专利成果，而其他国家在该技术领域申请的专利数量极少。总体来说，C12P和C12R是中国研究者最为热衷的专利技术申请领域，并与其他国家在这方面拉开了差距，而这两个技术领域申请的黑色素专利主要是关于黑色素生产制备方面的技术。值得注意的是，中国在A61K和A61Q专利技术申请领域与其他国家相比只具有微弱的优势，中国的研究者们需要进一步加强在这两个专利技术领域的研究，拉开与其他国家在该技术领域的差距，以抢占真菌黑色素在医药和化妆品领域的应用市场，获取更大利润。

2.6 真菌黑色素专利申请人分析

2.6.1 申请人全球排名及申请趋势 如图 6所示，从申请专利数量上来看，Ruehle Wilfried和合肥工业大学申请的真菌黑色素相关专利数量最多。从申请时间来看(图 7)，Ruehle Wilfried属于爆发式研究，成果申请时间集中于2006−2007年。合肥工业大学属于持续型研究，在2009−2017年有较为稳定的专利申请量。1996年，俄罗斯的Ljakh Svetlana Pavlovna、Isaev Aleksej Grigorʼ Evich和bulgak Maksim Lʼ Vovich三位申请者对真菌黑色素进行了短期集中的研究，在2005年后才逐步有其他国家的专利申请者跟进。2014年，福建农林大学研究人员也开始参与该方面研究，并申请了相关专利。总体来说，国外申请人普遍起步较早，但研究不持续，我国对真菌黑色素的研究起步较晚，但经过多单位多年的研究，申请专利总量已达到全球最高。

2.6.2 申请人专利价值 IncoPat独创的合享价值度是专利价值评判的综合指标，主要通过技术稳定性、技术先进性和保护范围三大指标综合计算得出，衡量的具体指标涵盖了专利法律状态、诉讼行为、质押行为、复审请求、无效请求、同组专利数、被引证数、许可转让行为、研发人数、权利要求数、专利有效期和专利年龄等，能够较为全面地对专利质量进行评价。分析结果如表 4所示，三位俄罗斯研究者合作开发的真菌黑色素专利价值度较高，其次是我国天津北洋百川生物技术有限公司所申请的专利，其评分大于9分的专利有2件。合肥工业大学评分大于9分的专利有3件，但总体加权平均分较低，表明高价值专利占总量较少。将各申请人按加权平均分排序后，可见Bulgak Maksim Lʼ Vovich、Isaev Aleksej Grigorʼ Evich、Ljakh Svetlana Pavlovna、天津北洋百川生物技术有限公司、合肥工业大学、Ruehle Wilfried和Ruehle Oliver在真菌黑色素研发领域具有较强技术实力。整体来看，中国申请人拥有的高价值专利占专利总申请量比例较低，较国外仍具有一定差距。值得注意的是，应用价值高的专利常发生转让或诉讼，从而具有较高价值度评分，因此中国研究者应加强在实际应用领域的技术研发，积极与企业开展合作，创造更多高价值专利。

2.7 中国真菌黑色素相关专利分析

2.7.1 中国真菌黑色素相关专利状态及申请人类型 截至2018年3月30日，中国申请的真菌黑色素相关专利处于实质审查状态的占总量的24%，授权专利占36%，失效专利(包括撤回、权利终止、驳回)共40%，其中驳回专利仅占2% (图 8)。从专利申请人类型来看(图 9)，大专院校申请的真菌黑色素专利数量最多，占总量的53%；企业申请次之，占26%；科研单位申请量占19%；个人申请最少，只占2%。大专院校和科研单位是基础研发的重要机构，加之其对专利的保护意识也较强，因此专利申请数量较多。然而企业的专利申请数量超过了科研单位，表明市场对真菌黑色素的前景还是非常期待的，其中涉及到的企业有安徽金安康生物科技有限公司、天津北洋百川生物技术有限公司、哈尔滨墨医生物技术有限公司、山东福瑞达医药集团公司、马鞍山市安康菌业有限公司和南京普瑞彩生物科技有限公司。个人申请较少的原因可能是因为真菌黑色素的具体研发多依托具有高新技术和设备的企业、大专院校和科研单位进行，而个人缺少这些条件。

2.7.2 中国各省(市/自治区)真菌黑色素相关专利申请量分布 从图 10可以看出，安徽省是真菌黑色素专利申请量最多的省份，申请了12件专利；江苏省、天津市、浙江省、福建省紧随其后，可见真菌黑色素相关专利申请热点地区主要集中在我国东部沿海省(市)，推测可能是因为这些地区处于温带或亚热带季风气候区，适合大部分真菌生长，使其拥有丰富的资源来促进真菌黑色素的研究。在我国西部地区的新疆维吾尔自治区和东北地区的黑龙江省也有部分真菌黑色素专利的申请，但申请专利的总量较少。

2.7.3 中国各省(市/自治区)真菌黑色素相关专利价值 为了进一步分析中国各省(市/自治区)真菌黑色素的技术研发实力，采用合享价值度对各省(市/自治区)申请的专利价值高低进行评价。分析结果如表 5所示，单篇评分达到9分的专利涉及的省(市/自治区)主要有北京市、天津市、安徽省和江苏省，以上这些专利的申请单位分别是技术实力较强的中国科学院微生物研究所、天津北洋百川生物技术有限公司、合肥工业大学和江苏大学。将各专利申请省(市/自治区)按加权平均分排序后，可以发现，总体上主要还是沿海省(市/自治区)在真菌黑色素研发领域具有较强技术实力，这与研究热点地区分布一致。

3 结论

本文基于IncoPat专利检索系统, 结合多种专利指标对真菌黑色素的应用发展进行了系统的分析。从筛选得到的专利总数上来看, 目前全球关于真菌黑色素的专利申请数量较少, 对真菌黑色素领域的研究还处于初步阶段, 有待进一步深入研究开发。

(1) 对筛选得到的专利进一步归类，发现这些目前申请的专利的研究方向主要是黑色素生产制备方面，涉及到黑色素提取工艺方法、培养基配方的设计、高产菌株培育、黑色素改性等多个领域，但关于将黑色素应用于医药、化妆品和化工染料方面的专利相对较少，而在该领域的应用和人们的日常生活息息相关，拥有巨大的消费市场，因此我国研究人员有必要加强真菌黑色素在该领域的技术应用开发，以更好地造福人们的生活。

(2) 基于专利受理国分布、申请人专利布局和专利申请趋势的分析结果可以发现，中国、俄罗斯、德国、日本4国为真菌黑色素领域专利重点布局国家。然而从申请人布局来看，日本和美国这些国家的申请者更倾向于在海外布局专利，特别是向发达国家或专利组织申请专利。中国的专利受理数量和本国申请者申请数量大致相同，表明中国海外专利布局意识较弱，这提示我们应加强海外专利布局，强化专利保护意识，注重开拓海外市场。

(3) 从专利技术构成、技术申请趋势和专利竞争态势的维度来看，C12 (微生物发酵；培养基；突变或遗传工程)类和A61 (医学)类是目前真菌黑色素专利技术申请的热点领域，并且在未来一段时间内将继续作为热点研究领域。总体来说，真菌黑色素的应用范围在不断扩大，专利申请技术领域也呈现多样化。在专利竞争态势方面，中国、俄罗斯和德国在A61K和A61P技术领域实力相当。我国应加强在这两个专利技术领域的研究，以抢占真菌黑色素在医药和化妆品领域的应用市场，获取更大利润。

(4) 通过对全球真菌黑色素相关专利申请人及申请人专利价值进行分析可以发现，我国虽然申请专利总量已达到全球最高，但拥有的高价值专利占专利总申请量的比例较低，较国外仍有一定差距。从申请主要机构来看，企业在专利申请数量上超过了科研单位，表明市场对真菌黑色素的应用前景充满期待，因此我国研究人员应加强在实际应用领域的技术研发，积极与企业开展合作，以创造更多的高价值专利。

(5) 从各省(市/自治区)专利申请排名来看，我国真菌黑色素研究热点地区主要集中在我国东部沿海省(市)，并且依托适宜的自然环境、优越的经济条件和较强的技术实力，高价值专利也常分布在该区域，而我国中部和西部地区申请的数量非常少，呈现地域发展不均衡的态势，建议国家相关部门出台相关政策，以促进中部和西部地区相关资源的开发利用和产业的平衡发展。

从真菌黑色素产业发展的角度来看，我国研发单位在加强自主研发实力的同时，还需要加强核心专利技术的创新应用与海外布局，并做好黑色素相关专利的预警工作，防范专利侵权纠纷。同时，还要促进科研单位与企业的合作研发和技术转让，实现专利的市场应用，并推动真菌黑色素相关专利向高质量发展，实现我国真菌黑色素产业由大到强的转变。