黃曉強，田長彥，蔣 磊，宮江平，荊衛(wèi)民

（1.中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所荒漠與綠洲生態(tài)國家重點實驗室，新疆烏魯木齊830011；2.中國科學院大學，北京100049；3.武警黃金第八支隊，新疆烏魯木齊830057；4.克拉瑪依瑞利康源園林工程有限責任公司，新疆克拉瑪依834099）

據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界鹽堿地面積約9.913×107hm2，其中現(xiàn)代鹽漬化土壤面積約3.693×107hm2，殘余鹽漬化土壤約4.487×107hm2，潛在鹽漬化土壤為1.733×107hm2，且土地鹽漬化速度大約以每年1.5～2.0×107hm2增長，中國約有2.0×107hm2鹽堿荒地和6.7×107hm2鹽漬化土壤［1-4］。鹽堿地面積廣闊，是潛在的耕地資源，生長在鹽堿地上的鹽生植物十分豐富。世界上已知的鹽生植物有1560多種［5］，中國鹽生植物大約有502種，共分為71科218屬［6］，藜科（Chenopodiaceae）、禾本科（Gramineae）、菊科（Asteraceae）和豆科（Leguminosae sp.）占中國鹽生植物種類總數(shù)的46.8%［7］。鹽生植物資源已廣泛應用于飼料、食品、藥品原料等行業(yè)，比如將鹽地堿蓬［Suaedasalsa（L.）Pall.］和海蓬子（Salicorniaherba?ceaL.）作為食用蔬菜和油料作物，利用堿蓬制作鉀鹽［8-9］。另一方面，鹽生植物在促淤造陸、保護堤岸、改良鹽漬土、改善和保護生態(tài)環(huán)境方面扮演著重要角色，充分體現(xiàn)了鹽生植物經濟價值的潛力和保護生態(tài)的作用［10］。用鹽生植物制取植物鹽是發(fā)揮鹽生植物經濟價值的另一體現(xiàn)，植物鹽是以植物為原材料制取含有豐富礦物質具有保健功能的新型食用鹽［11］。植物鹽來源于天然植物，包含多種礦物元素，同時又含有植物中的生物活性成分和有機營養(yǎng)物質，比傳統(tǒng)食用鹽的活性成分更加豐富多樣，更具有營養(yǎng)價值。但是目前有關植物鹽的研究論文數(shù)量較少，并且主要集中在植物鹽的提取工藝及其優(yōu)化方法方面，而植物鹽研究成果多以專利的形式發(fā)表。

專利作為重要的科技信息來源，它包含了最新的科技發(fā)明、創(chuàng)造與設計，其中80%科技信息未被其他媒體報道過［12］。專利的內容規(guī)范，代表性強，數(shù)據(jù)獲取相對容易，這些特點也有助于計量研究［13］。研究植物鹽提取工藝的專利數(shù)量較多，卻沒有對植物鹽提取工藝做過總結，如果能將已有的植物鹽提取工藝進行梳理歸納，了解植物鹽提取工藝現(xiàn)狀，就可以給未來的研究者提供參考意見。另一方面，計量研究在多學科中都有應用，研究方法也相對成熟，因此本綜述選取2021年6月30日前收錄在中國知網(wǎng)（China nation?al knowledge internet，CNKI）上的植物鹽專利作為研究對象，從專利的發(fā)文量、專利發(fā)明人、專利申請人、專利主題方面分析植物鹽研究領域的整體情況，繪制主題分析網(wǎng)絡，并根據(jù)主題的聚類關系閱讀相關的專利，進一步歸納植物鹽研究領域的內容，以期為后續(xù)研究提供參考和借鑒，推動植物鹽研究領域的發(fā)展以及加深鹽生植物資源的利用程度。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

在確定數(shù)據(jù)來源之前，在各文獻數(shù)據(jù)庫進行預檢索，了解大致的文獻來源與組成情況之后，再選擇有代表性的數(shù)據(jù)進行分析。分別在CNKI、Web of Science核心合集、德文特專利數(shù)據(jù)庫（Derwent inno?vations index，DII）以及歐洲專利局（European patent office，EPO）上試檢索與植物鹽有關的文獻。檢索結果如圖1所示，無論是中文文獻還是英文文獻，專利的數(shù)量都遠超過期刊論文或者學位論文的數(shù)量。因此，選擇專利作為本研究的數(shù)據(jù)來源。

圖1 植物鹽的文獻檢索結果Fig.1 The literature search results for plant salts

將專利的公開申請?zhí)栕鳛楹Y選重復專利的依據(jù)，除去相同的專利之后，CNKI還有24篇專利，DII有10篇專利，EPO有11篇專利。最終選擇在CNKI上，設置高級檢索條件為：專利名稱=植物鹽NOT專利名稱=鹽脅迫NOT專利名稱=鹽堿脅迫NOT專利名稱=基因NOT專利名稱=鹽害（模糊匹配），選取2021年6月30日之前的專利，得到與植物鹽相關的中國專利238篇。

1.2 數(shù)據(jù)處理

用BibExcel提取238篇專利中的發(fā)表時間、發(fā)明人、申請人和題名信息，其中的專利題名信息需要使用Python進行分詞、去停用詞、合并同義詞等操作，之后用Microsoft Excel 2019手工刪除無效信息、合并、添加同類意義的詞匯，減少冗余信息對數(shù)據(jù)分析造成的干擾。處理后的數(shù)據(jù)用Pajek、UNINET、Net?Draw和VOSviewer繪制發(fā)明人合作網(wǎng)絡圖譜以及主題分析網(wǎng)絡圖譜，其他圖使用Origin 2021進行繪制。

2 結果與分析

2.1 專利的發(fā)文量分析

從文獻發(fā)表數(shù)量的角度分析，可以反映該領域的發(fā)展變化過程，但由于專利發(fā)表從初審到公布前有18個月的滯后期，因此近兩年公布的數(shù)據(jù)并不完整，僅供參考［14-15］。在中國知網(wǎng)上搜集到有關植物鹽的中國專利一共有238篇，專利發(fā)表數(shù)量的年際變化情況如圖2所示，總體呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。在2007～2014年期間，我國植物鹽發(fā)展處于起步階段，有關植物鹽專利的發(fā)表數(shù)量僅為個位數(shù)，發(fā)展較為緩慢。2015～2016年，植物鹽專利的發(fā)表數(shù)量增長迅速，兩年一共發(fā)表174篇專利，占據(jù)總數(shù)的73.11%，說明植物鹽的發(fā)展受到重視，有大量的研究學者和企業(yè)等機構投入植物鹽相關領域的研發(fā)中。2017年至今，植物鹽專利發(fā)表的數(shù)量減少，趨勢趨于平緩，數(shù)量維持在20篇上下，近兩年的專利還未完全公布，有待完善。

圖2 植物鹽中國專利的年度分布Fig.2 The annual issuance of Chinese patents for plant salts

2.2 專利發(fā)明人分析

在238篇專利中，總共有104位發(fā)明人，其中212篇專利只有一位發(fā)明人，占總數(shù)的89.08%。這說明我國植物鹽專利的發(fā)明主要依靠個人，且占據(jù)主導地位，合作研究的情況較少。從表1可以看出，獨立發(fā)明人主要有王勝、董玉坤、武改蓮，其中王勝參與發(fā)表的專利有188篇，占總數(shù)的78.99%，遠高于其他發(fā)明人的專利數(shù)量，對植物鹽研究領域的貢獻最多。

表1 植物鹽中國專利的主要發(fā)明人Table 1 The principal inventor of the Chinese patent for plant salts

我國植物鹽的研究近5年發(fā)展速度較快，正處于發(fā)展期，前期探索階段主要依靠個人研究，因此獨立發(fā)明人的數(shù)量較多，科研交流活動較少。2019年開始，以合作發(fā)表的專利為主，獨立發(fā)明人發(fā)表的專利只有4篇，占比28.57%，可以看出發(fā)明人合作的趨勢漸顯。分析26篇合作專利的發(fā)明人，得到發(fā)明人合作圖譜，結果如圖3所示。多數(shù)團隊僅合作過一次，合作超過1次的只有4個團隊，他們分別是：李泓勝、許建強和羅凡華；馬燁、袁增輝、李冬冬和趙婌君；潘秀云、陳學德和周繼東；張華新和倪建偉。團隊合作的規(guī)模以及合作深度都有待加強。

圖3 植物鹽中國專利發(fā)明人合作網(wǎng)絡Fig.3 The inventors collaboration network for plant salt China patents

2.3 專利申請人分析

根據(jù)專利申請人不同的性質，可分為個人、企業(yè)、研究機構、高校、政府等類型［16］。從表2可以看出，植物鹽中國專利的申請人主要類型是個人和公司，說明公司是植物鹽研究領域的主要投資者與生產者。其中，專利申請人王勝和其所在的濰坊友容實業(yè)有限公司、山東勝景旅游發(fā)展有限公司、山東勝偉鹽堿地科技有限公司是植物鹽研究領域的主要研發(fā)機構，累計發(fā)表的專利高達188篇，占比78.99%，其研究團隊的成員還包括李炳文、曹林波和毛慶蓮。山東陽春羊奶乳業(yè)有限公司是另一主要申請人，其發(fā)明者是董玉坤，申請人主要從事植物鹽應用研究，將植物鹽作為飼料添加劑投入羊飼料中。

表2 植物鹽中國專利的主要申請人Table 2 The major applicants for Chinese patents on plant salts

2.4 專利主題分析

在CNKI中國知網(wǎng)搜集的專利不同于學術期刊與學位論文，專利沒有高度概括文獻內容與主旨的關鍵詞，因此不能進行關鍵詞分析，只能通過語義識別、人工處理等方式對專利的題目進行分詞，最后對分詞結果做聚類分析，可視化結果用作植物鹽專利的主題分析，結果如圖4所示。從圖4可以看出，植物鹽中國專利的主題網(wǎng)絡有7個聚類，分別是：鹽堿地、鹽生植物、設備、工藝、成分、功效和應用。這7個聚類也從側面體現(xiàn)了植物鹽中國專利的研究側重點，有些專利側重于植物鹽的提取工藝研究，有些研究則偏向植物鹽的成分、功效和應用等。為了全方面系統(tǒng)地了解植物鹽研究領域的內容，依據(jù)圖4的聚類關系網(wǎng)絡，從以下6個方面分析植物鹽中國專利的主題：

圖4 植物鹽中國專利的主題聚類分析網(wǎng)絡Fig.4 The topic clustering analysis network of Chinese patents for plant salts

2.4.1 除鹽堿地金屬離子

依據(jù)圖4中鹽堿地的網(wǎng)絡關系，閱讀相關的專利，發(fā)現(xiàn)這些專利主要是采用不同的種植方式來吸附鹽堿地中的金屬離子，從而減少金屬離子在鹽生植物體內的含量，進而提高了植物鹽品質。從鹽堿地土壤環(huán)境、種植方式和效果三個方面對相關專利進行歸納，結果如表3所示。選擇表3中不同的植物與鹽地堿蓬進行間種，采用與之對應的間種比例和種植密度，結果表明，原土壤中的金屬離子含量都顯著降低，吸附效果顯著，解決了植物鹽某些金屬離子含量過高的問題。這些金屬離子大多數(shù)是重金屬離子，包括砷、鉛、鎳、鎘、鉻、汞、鉻，除此之外，還有金屬離子鋅、銅、錳。

表3 鹽地堿蓬的不同種植方式對金屬離子的吸附效果Table 3 The adsorption of metal ionsby different planting methods of saline alkali ponies

2.4.2 提取植物鹽的原材料

鹽生植物是提取植物鹽的主要原材料。在圖4中與原料相連最大的點是鹽地堿蓬，說明在植物鹽的研發(fā)領域中，鹽地堿蓬是最常用于提取植物鹽的原料，使用的頻率最高。在搜集的專利數(shù)據(jù)中，除了鹽地堿蓬，海蘆筍或者叫鹽角草、白刺（Nitrariasi?biricaPall.）（白刺鮮葉、白刺干葉）、冰花（MesembryanthemumcrystallinumL.）以 及 杜 氏 鹽 藻（Du?naliellasalina）都可用于提取植物鹽。除了采用鹽生植物提取植物鹽，還可以用海鹽或者食鹽替代鹽生植物，然后在海鹽或者食鹽里添加具有營養(yǎng)成分的植物提取物制得植物鹽。

2.4.3 提取植物鹽的設備

植物鹽提取工藝大致可分為幾個步驟：原材料種植→采集原材料→清洗、干燥→粉碎/破壁→浸提/萃取→過濾/回收→結晶/干燥→成鹽→質量檢測。依據(jù)圖4中與設備有關的關系網(wǎng)絡，閱讀相關的專利，按上述提取工藝的步驟整理歸納，總結現(xiàn)階段已有的提取植物鹽設備及其作用，結果如表4所示。從表4可以看出，與“粉碎/破壁”、“浸提/萃取”、“過濾/回收”研究內容有關的專利設備較多，相關的專利數(shù)量都有4個，在未來可以繼續(xù)深入研究，而與“清洗、干燥”、“結晶/干燥”和“成鹽”有關的研究專利相對較少，相關的專利數(shù)量都是2個，有待后續(xù)研究的完善。

表4 提取植物鹽的設備及其作用Table 4 The equipment for extracting plant salts and its functions

2.4.4 提取植物鹽的工藝

從圖4中與工藝有關的聚類結果看出，探索不同的植物鹽提取方法是植物鹽研究領域的另一重點。提取植物鹽工藝的主要步驟如圖5所示，植物鹽相對簡單的制取方法有：將洗凈的海蘆筍漂燙后搗碎，然后過濾固液混合物，濾液經過真空冷凍干燥后取得植物鹽［17］；將鹽生植物在電爐上進行多次炭化處理后，再經過鹽酸溶液溶解、過濾、洗滌沉淀等步驟制取植物鹽［18］；另一種制取方法是將海鹽與其他植物提取物充分混合后提取植物鹽，例如把蝦青素、松花粉、大青葉提取物、鼓槌石斛等植物的提取物與海鹽混合后再提取植物鹽［19-22］。

圖5 提取植物鹽工藝的主要步驟Fig.5 The main steps in the process of extracting plant salts

當植物鹽提取過程中需要脫色、除重金屬、結晶時，經常借助物理、化學、生物等技術方法進行。去除植物的有色色素，可以使用絮凝脫色工藝，其脫色率可達80%～98%［23］；采用活性炭脫色工藝制備的植物鹽白度值介于64%～78%［24］；硅藻土脫色的植物鹽白度為63%～78%［25］；采用生物方法α～酸性糖蛋白絮凝劑進行脫色，其白度為65%～77%［26］，與活性炭脫色工藝、硅藻土脫色工藝的效果相當。去除植物鹽的重金屬，除了表3所展示的間種方法，還可以采用各種物理、生物方法，如表5所示。結果表明，使用生物技術是去除植物鹽重金屬的主要方法。結晶是植物鹽從液體轉變成固體的最后一步，可以采用冷卻、預熱濃縮、離心噴霧烘干燥、減壓濃縮、風干、層析蒸發(fā)等結晶方式制取植物鹽［27-31］，目的是為了排除液體中的水分，盡可能使植物鹽物質不流失功能不變性。

表5 去除植物鹽重金屬的技術方法Table 5 The technical method of removing heavy metals from plant salts

2.4.5 植物鹽的營養(yǎng)成分與功效

植物鹽中不同的營養(yǎng)成分具有不同的功效，根據(jù)成分與功效的聚類關系網(wǎng)絡，將植物鹽的營養(yǎng)成分與功效按不同種類的植物鹽劃分，結果如圖6-7所示：鹽地堿蓬植物鹽具有低鈉、高黃銅、高氨基酸、高微量元素等特點；堿性鹽地堿蓬植物鹽的功效較多，比如鹽地堿蓬和白芷、猴頭菇、羊棲菜等植物提取物混合制取的植物鹽分別具有抑菌、降血壓和抗氧化的作用，鹽地堿蓬和玉米須提取物混合制得植物鹽同樣具有抑菌作用，與玄參提取物復配制得的鹽地堿蓬植物鹽具有降血壓的功效。此外，還有助消化、護肝、降低乳酸等一系列成分復雜、功能多樣的鹽地堿蓬植物鹽，這些額外添加的植物提取物使得鹽地堿蓬植物鹽的功能更加豐富多樣。

圖6 部分鹽地堿蓬植物鹽的主要成分與功效Fig.6 The main components and effects of some saline alkalipong plant salts

海蘆筍植物鹽具有低鈉、低脂、高黃銅、高皂苷、銅鎂含量低等特點。把海鹽和食鹽與其他植物提取物混合制取植物鹽，可以讓植物鹽含有其他植物提取的營養(yǎng)成分。例如，將高硒西蘭花提取物或者富硒的水果、蔬菜等植物提取物與食鹽充分混合制取富含有機硒植物鹽；將海鹽分別與鹽藻、丹參、薄荷、灰樹花多糖提取物混合制得的植物鹽具有抗氧化作用，與蝦青素、大青葉、松花粉等植物鹽提取物制取的植物鹽可以降低膽固醇。

2.4.6 植物鹽的應用

從圖4中應用的聚類網(wǎng)絡關系可以看出，植物鹽在飼料添加劑中的應用較廣。董玉坤、楊習麗等將植物鹽作為飼料添加劑分別添加到羊羔、幼齡山羊、奶山羊、公山羊、母山羊的飼料中［32-35］，為不同品種、不同生長階段的羊提供特定的飼料；王勝將白刺植物鹽和鹽地堿蓬植物鹽與主飼料混合，提高飼料中的鈣、鎂、鋅、鐵等微量元素的含量，進而提高肉質品質［36］；洗護產品是植物鹽另一方面的應用，已經開發(fā)的產品有堿蓬香皂、堿蓬沐浴用植物鹽、含鹽角草植物鹽的精油皂和洗面奶、含有植物鹽的面膜［37-41］；除此之外，植物鹽還作為食品添加劑出現(xiàn)在白茶食品、低鈉醬油、風味辣椒醬、油茶飲料、保健粉的制作中，將植物鹽作為食用鹽使用；陳羅君等使用的茶葉化肥中含有植物鹽，這種茶葉化肥可為茶樹提供生長所需養(yǎng)分，具有良好的土壤修復能力［42］。

圖7 其他植物鹽的主要成分與功效Fig.7 The main components and effects of other plant salts

3 討論與結論

本文基于專利文獻計量分析了2021年6月30日前被中國知網(wǎng)收錄的植物鹽中國專利數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)專利的發(fā)文量整體呈現(xiàn)先增加后減少并趨于平緩的趨勢，2015年的專利數(shù)量大幅增長。進一步研究，其原因除了人們對食用鹽品質的要求越來越高之外，可能還與當年原鹽產量減少有關［43］，市場需求促使企業(yè)等機構積極研發(fā)更符合健康需求的新型食用鹽，進而推動了植物鹽的發(fā)展，體現(xiàn)在專利發(fā)表數(shù)量的爆發(fā)式增長。一直到2017年，我國開始鹽業(yè)改革，再加上原鹽生產有關的兩堿產量開始提升，使得原鹽產能增加［43］，導致企業(yè)等機構對植物鹽的研發(fā)熱度有所緩和，此后植物鹽專利發(fā)表數(shù)量開始減緩。從植物鹽中國專利發(fā)表數(shù)量的變化趨勢可以看出，植物鹽研究領域受市場需要影響較大，當原鹽產量減少時，市場對植物鹽的需求就開始增加，這也說明了市場可以接受不同品種的鹽。當人們對健康的需求越來越明顯時，采用鹽生植物提取的植物鹽的優(yōu)勢將越來越明顯，植物鹽有巨大的潛在市場，這也是鹽生植物資源重要性在植物鹽領域的體現(xiàn)。加強植物鹽產品的研發(fā)力度，可以提前搶占國內植物鹽市場乃至國際市場的份額。

植物鹽的研發(fā)和生產與市場需求聯(lián)系緊密，因此參與投資和研究的群體主要是公司，參與研究的科研院所與高校等機構相對較少：專利申請人分析結果表明專利申請人王勝和其所在公司申請的專利數(shù)量占總數(shù)的78.99%，其次是山東陽春羊奶乳業(yè)有限公司。專利發(fā)明人有從個人研究轉向合作研究發(fā)展的趨勢：2018年之后發(fā)表的專利里，大多數(shù)發(fā)明人存在合作關系，同一篇專利的發(fā)明人個數(shù)開始增加，而在此之前的發(fā)明人通常只有一位?？茖W領域發(fā)展的趨勢傾向于合作成果發(fā)表的比例上升和研究隊伍的規(guī)模擴大，且多位作者合作的研究成果影響力一般高于單獨作者［44］。因此，植物鹽領域的研究人員未來可以增加合作交流的頻次，不限于專利發(fā)明人之間交流，也可以是申請人之間的合作，建立公司與公司、公司與企業(yè)、研究機構或者高校合作模式，擴大植物鹽領域的研究隊伍，有利于提升植物鹽領域的影響力。

分析了植物鹽專利的主題，發(fā)現(xiàn)提取植物鹽的思路主要有三種形式：鹽生植物植物鹽；功效型植物提取物+鹽生植物；功效型植物提取物+海鹽/食鹽。只使用鹽生植物制取植物鹽的營養(yǎng)成分相對固定，為了制備具有特定營養(yǎng)物質或者功能性的植物鹽，常與其他植物的提取物復配后再制取植物鹽。以這類研究思路制取的植物鹽占多數(shù)，后兩種形式就是采用復配的思路提取植物鹽，制取的植物鹽含有復配植物特有的提取物質，讓植物鹽具備了不同的功效和作用。同樣的，也可以根據(jù)植物鹽需要的功效，尋找合適的植物提取物與鹽生植物或者海鹽和食用鹽進行復配，然后再制取植物鹽。

提取植物鹽的過程經常需要借助各種物理、化學、生物等技術進行脫色、除重金屬和結晶。除去植物鹽中的某些金屬離子，一是可以考慮采用間種的方式吸附土壤中的金屬離子，從源頭減少原材料體內金屬離子含量，二是在制鹽過程中采用曝氣法、生物吸附劑、微生物脫重金屬等物理和生物方法除去重金屬，這種方法常見于上述的第三種制取植物鹽思路，主要是除去海鹽中的重金屬離子。不同的結晶方式會影響植物鹽的感官，對比真空冷凍干燥、噴霧干燥、真空干燥、熱風干燥制取的堿蓬植物鹽，結果真空冷凍干燥的植物鹽復水性最好，品質最佳，而熱風干燥的效果最差［45］。常用于提取植物鹽的鹽生植物有鹽地堿蓬、海蘆筍、鹽角草、白刺（白刺鮮葉、白刺干葉）等，還可選擇其他合適的鹽生植物作為原料，比如梭梭（Haloxylonammoden?dronBge.），其嫩枝含鹽量高達14%～17%［46］，也是潛在的植物鹽提取原料，拓寬了原料的選擇范圍，也是加深鹽生植物資源的利用程度。

開發(fā)具有不同功效的植物鹽可以滿足不同的市場需求，使植物鹽更具有市場競爭力，為提取植物鹽發(fā)明創(chuàng)造的機械設備也是植物鹽領域的研究范疇，研究機械設備不僅可以提高植物鹽的提取效率，而且有利于植物鹽工業(yè)化生產的建設。已有的專利設備主要集中在“粉碎/破壁”、“浸提/萃取”、“過濾/回收”三個部分，未來還有待加強的是“清洗、干燥”、“結晶/干燥”和“成鹽”三個方面。另一方面，依據(jù)植物鹽的可食用性，植物鹽已應用于食品行業(yè)或者飼料行業(yè)；根據(jù)植物鹽的不同功效，植物鹽已應用在各種洗護產品上，植物鹽未來的應用場景還可以在食品、飼用、日化用品等其他領域繼續(xù)深耕挖掘，根據(jù)植物鹽的優(yōu)勢從不同方向開發(fā)利用，加深鹽生植物資源在植物鹽以及其它相關領域的應用。

文章的研究對象是2021年6月30日前收錄于中國知網(wǎng)的中國專利數(shù)據(jù)，因此研究的結論更適用于國內，但是因為專利公開有18個月的延遲期，致使近兩年的專利數(shù)據(jù)不完整，所以近兩年的研究情況僅供參考。