甘草产业链的现状与技术提升*

边育红，王 丽，张晓雨，樊亚东，侯俊玲，张 萍，陈丽红，李翠芹，刘永刚，杨林勇，宋新波，王文全

（1.天津中医药大学，天津 301617；2.天津市第二人民医院，天津 300192；3.北京中医药大学，北京 100029；4.解放军总医院第五医学中心，北京 100039；5.南京中医药大学，南京 210023；6.陕西师范大学，西安 710062；7.盛实百草药业有限公司，天津 300301；8.中国医学科学院药用植物研究所，北京 100193）

甘草为豆科甘草属植物乌拉尔甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）、胀果甘草（Glycyrrhiza inflate Bat.）或光果甘草（Glycyrrhiza glabra L.）的干燥根及根茎，别名：甜草根、红甘草、粉甘草、乌拉尔甘草，甜草、国老等。甘草主要分布于新疆、内蒙古、宁夏、甘肃、山西等地，目前，新疆、内蒙古、甘肃和宁夏也有大规模人工种植甘草。中医理论认为甘草具有补脾益气、缓急止痛、缓和药性和泻火解毒等功效[1]，其主要药效成分为皂苷类、黄酮类和多糖类成分，现代药理研究表明，甘草具有抗炎和过敏、抗氧化、抗病毒、抑制肿瘤生长、抗溃疡等多种活性[2-5]。甘草是药食同源中药材大品种，居中医处方用药频次前三，也广泛用于食品、保健品、化妆品等开发。全国栽培面积50 多万亩，年使用量逾6 万吨。但目前，野生甘草资源严重不足，栽培甘草质量低而不稳，传统功效物质基础尚不明确，饮片和提取分离生产工艺现代化程度较低，产品多以粗加工物为主，大健康产品开发不足，使得甘草在大健康产业中的作用远没发挥。基于发展大健康产业，甘草全产业链应从如下方面开展工作（见图1）：1）深入研究甘草酸和甘草苷形成机制及调控技术，开发调控专用品。2）优化组合现有栽培技术，形成优质甘草定向培育的技术体系。3）揭示核心功效物质基础及功效因子，研究以功效为基础的质量评价方法，完善系列技术标准。4）以核心功效物质基础为依据，研究饮片和深加工新方法及工艺，提高资源综合利用率。5）以核心功效物质基础及功能因子为基础开发功能因子明确、功能确切的大健康产品。综上，本文将从上述5 个方面对甘草产业链的现状及提升进行综述，为甘草产业链的后续发展提供参考。

图1 甘草产业链现状及提升模式图

1 甘草产业链的现状

1.1 甘草野生资源及种植加工

1.1.1 野生甘草资源现状 甘草适宜生长在干早、半干早的土地地区，土质以肥沃疏松（微弱碱）的沙质土壤、草原地带及河岸沙地位佳[6]。目前，野生甘草的分布主要在一下地区全区境内分布：内蒙古、新疆和宁夏，另外青海、甘肃、陕西、山西、吉林、黑龙江和辽宁等地也有所分布。随着人民生活水平的不断提高以及保健意识的不断增强，甘草的市场需求一直逐步升高，这导致甘草消耗数量不断攀升，除了在药用方面，甘草在食品、保健品、化妆品等方面也有着很大的需求量。在巨大的经济利益的驱动下，甘草的过度开采造成了西北多地区草场退化，引发了严重的沙漠化现象。上世纪50 年代中国甘草年产量约为5 000 吨，70 年代产量约翻了4 倍，90 年代产量约翻了9 倍，到本世纪初产量约翻了10～11 倍，使用量的不断增加导致中国野生资源的蕴藏量不断减少，从20 世纪50 年代的250 万吨，到现在，新疆的蕴藏量已不足20 万吨[7-8]。如果再这样继续无限度的开采，中国野生野生甘草资源将面临枯竭。1.1.2 栽培甘草资源现状 人工栽培甘草种植甘草主要集中在内蒙古、新疆、宁夏、甘肃、吉林、黑龙江等省市自治区[9-10]。近几十年来，中国甘草野生资源濒乏，为满足市场需求中国每年从国外进口大量甘草，其基源准确性难以判定。虽然甘草种植面积在不断扩大，但栽培甘草药材仍存在质量良莠不齐的现象。首先人工种植甘草存在严重的种源混乱问题，其次种植甘草常出现甘草酸含量低（低于《中华人民共和国药典》规定）且不稳定等问题，严重影响了甘草的临床疗效和质量控制，也造成甘草资源的巨大浪费[11]。可见，目前栽培甘草的质量仍是严重制约甘草产业可持续健康发展的重要因素。提高栽培甘草质量已经成为解决甘草资源可持续发展的关键性问题。

1.2 甘草的质量标准 中药材及中药饮片质量是确保临床用药安全有效的重要物质基础，其质量好坏直接影响治疗效果[12]。甘草现行质量标准以化学药模式，与安全性和有效性关联不大，难以有效地评价和控制其内在质量。中药甘草具有品种繁多，来源复杂等特点，而现行质量标准主要是参照化学药模式，通过定性定量测定指标性成分的方法而制订。《中华人民共和国药典》中检测了甘草酸和甘草苷两种含量指标，而欧洲药典、美国药典和日本药典只规定了甘草酸一种含量指标[13]。然而，对于在中医理论指导下使用的甘草而言，单纯的检测两种化学成分既难以有效地监控其质量，更难以反映其安全性和有效性，无法准确地评价和控制其内在质量。其次，甘草具有补脾益气，清热解毒等诸多功效，其主要活性成分包括有皂苷、多糖以及黄酮等多种化学成分[14]，由于其化学成分的多样性导致甘草传统功效的物质基础尚未明确，其作用机制有待于进一步揭示。另外，甘草还有诸多的炮制品，就目前的质量标准而言，还导致了生甘草与炙甘草的专属性特征不明，甘草饮片（生品、蜜炙品）之间专属性功效成分差异不明等问题，严重制约了甘草的大健康产品应用及深入开发。

1.3 甘草饮片生产及其炮制工艺 中药炮制是在长时间的临床实践过程中总结出来的宝贵经验。中药饮片经过炮制加工后会其化学成分也会发生相应的变化。炮制过程中的各个环节如浸泡、干燥、切制、炒制、蒸制等操作失法或者炮制辅料使用不当等均可影响中药药效，甚至产生毒副作用，危及患者生命安危[15-16]。

甘草为中国最常用的中药饮片之一，但其质量现状并不乐观，并未形成健全的饮片生产及质量评价体系。甘草的主要炮制方法为蜜炙法：将炼蜜稀释后淋于甘草片上，拌匀、闷透，文火炒至金黄色，不粘手，取出、放凉。该工艺为传统工艺不仅费时耗力还会受到操作者炮制技术经验的影响，不易规模化生产[17-21]。近年来，国家药监总局发布多批次甘草不合格产品通告，生甘草饮片不合格率约为≥50%（其中主要为甘草酸、甘草苷含量不合格）[22-23]。甘草饮片生产绝大多数以传统手工为主，全国自动化生产企业不足三分之一[24]。对于甘草炮制质量问题，国外报道较少，国内学者及本项目组前期开展了一些甘草药材品质评价、品质形成、物质基础及甘草饮片炮制等相关研究，但成果均较零散且未形成技术工具。针对目前市场上甘草饮片质量问题。上述问题直接导致了甘草饮片及深加工等产品的加工方法和技术现代化程度及生产效率较低，炮制工艺不规范及产品质量不稳定；生甘草与炙甘草缺乏快速有效的鉴别与评价方法。而完善甘草饮片及深加工产品质量标准将助力于甘草品质的提升。因此，中国迫切需要攻克甘草药材品质形成机制、甘草饮片生产技术升级、饮片质量控制标准化评价体系健全完善等诸多技术难题，形成甘草饮片生产技术与质量评价成套技术工具，保障提升甘草饮片品质。

1.4 甘草提取工艺现状 甘草是一种具有多种活性成分的中药，有效成分主要为三萜皂苷类物质、黄酮类物质和多糖类物质等。随着人们对甘草有效成分提取的不断深入研究，其有效成分提取分离方法的也越来越多。常规方法包括溶剂提取法、超声提取法、超临界二氧化碳萃取法、微波法等。目前，甘草提取工艺仍多以传统工艺为主，誓待开发节能高效的提取工艺。水溶液提取法是最原始的提取方法，此法操作简便，提取设备要求低[25]，价格低廉，但其提取得率也较低[26]，提取液易腐败霉变，过滤困难、费时费力。目前国内外甘草活性成分提取普遍采用传统的回流提取法，该方法生产成本低廉，工艺简单，提取设备要求不高，收率较好，在工业生产中得到广泛应用[27]。但该方法容易造成有机溶剂残留，影响产品质量，另外还存在高温提取破坏热敏性成分、能耗高、生产效率低等缺点。少数采用超声波提取法和微波辅助提取法等，虽有高效提取等优点，但规模小、推广应用非常难。活性成分分离普遍采用传统的溶剂萃取法和大孔吸附树脂法[28-29]，存在生产效率低、污水量大、能耗高等缺点。新型的萃取技术有双水相萃取和固相萃取法，都处于实验室研究水平，推广应用非常难。因此，高效节能的提取工艺的开发对甘草产业的发展十分必要。

1.5 甘草加工品及其产业链的发展 目前，现有的甘草生产企业多以饮片加工为主，提取及深加工企业较少。甘草生产企业科研实力较低，生产、经营规模大不，缺乏有力的市场竞争力，大部分企业仍以出售原药材为主，产品优势不突出[30]。而甘草制品又多以粗加工为主，新颖的大健康产品开发严重不足。目前，国外对甘草的研究主要集中于其深加工产物的生物活性作用评价方面。国内，甘草资源的深加工和利用仍处于简单的原料加工阶段，除个别大型企业外，大部分企业对甘草中有效成分的开发、生产仅限于初级粗加工，产品科技含量低，造成甘草资源的严重浪费[31]。近些年对于甘草的大健康产品的开发更是少之又少，十分有必要对以甘草为原料的深加工功能性大健康产品进行深入研究与开发，以提高甘草制品的资源附加值，提升甘草产业链的整体生产力水平。

2 甘草产业链的技术提升

2.1 栽培技术的提升

2.1.1 甘草规范化栽培技术 目前，甘草的野生资源遭到严重破坏。政府和种植企业虽然加大了甘草的人工种植力度，但中药的质量受到多种因素的影响，如种苗的来源、种植地的生态环境、加工方法等影响，盲目的引种栽培将影响甘草药材的质量。因此，需要对甘草进行生态适宜性研究，结合甘草人工栽培技术，寻找安全可靠的种植区域，保证甘草的产量和质量。药用植物全球产地生态适宜性区划信息系统（GMPGIS）是国际上第一个专业化的药用植物产地适宜性分析系统。目前，中国基于该系统对人参、三七等多种药材[32]进行了产地适宜性研究，通过系统定量化、可视化的结果，分析药材合理的引种及生产布局区域，指导了中药材的人工种植。

甘草药材原植物在种间仅有细微的差别，这使甘草药材分类较困难。传统的理化鉴定、显微鉴定等鉴定方法，存在对仪器要求较高，操作较为复杂，并且对于差异不显着的近缘物种，采用传统的鉴定检验方法进行分类鉴定存在着巨大的困难[33]。因此，急需一种操作方便、检测高效、易于标准化的甘草来源物种鉴定方法。DNA 条形码（DNA barcoding）是一种基于DNA 序列进行生物物种鉴定的技术，该技术具有所需供试品量少、不受物种个体形态限制、实验结果稳定性且特异性强具有极高的可重复性等优势[34]。将DNA 条形技术应用于甘草的鉴定中，无疑是对传统甘草鉴定方法的一个巨大补充，可以加快对甘草物种的鉴定效率，保证药品质量。

明确甘草药材质量形成机制也是保证栽培甘草药材质量的关键环节之一。由于植物具有复杂的初级及次级代谢产物，其分布在各器官组织中均具有特异性，在植物的生长发育不同阶段，代谢物具有高度的动态性，难以进行分析。《中华人民共和国药典》2015 年版虽然对甘草药材做了含量的规定以进行质量控制，但现代研究发现不同产地、不同栽培方式的甘草其有效成分含量都有较大差异。由于甘草的代谢产物种类繁多（黄酮类、皂苷类等）、化学结构差异大，传统的高效液相色谱法不能较好的分离多种复杂的化合物[35]。随着科技的不断发展，植物代谢组学作为植物代谢物分析的强大的检测分析工具应运而生，该技术可同时对大量代谢物进行定性定量分析，明确植物在不同环境下的代谢物的变化规律；也可研究同一植物不同部位或不同生长发育时期的代谢物种类及含量的变化[36]。目前，本项目组在甘草的研究中采用植物代谢组学技术筛选和鉴定不同生态型、不同干旱胁迫及盐胁迫条件下甘草次生代谢物差异的生物标志物，以中药的整体观和多靶点为切入点，初步解析不同生产方式、不同栽培条件甘草质量差异成因及其药材品质形成机制，揭示甘草酸生物合成和代谢途径，开展种植甘草综合质量评价，为提高栽培甘草的甘草酸含量提供科学依据。

因此，本项目组通过GMPGIS 技术为甘草适宜栽培区提供指导；运用DNA 条形码技术建立甘草基源快速检测体系，鉴定甘草基源。深度开展提高栽培甘草质量的关键技术，集成各项技术措施，完成定向培育优质甘草的规范化生产技术体系，将促进甘草大健康产业的持续稳定发展。

2.1.2 甘草栽培专用肥和调控剂的研发 化学肥料是种植业中使用最为广泛的肥料种类，但如尿素等化学肥料具有实际利用度低，氮元素损失严重，污染环境，特异性低的问题[37]。目前，水稻、小麦等农作物已开发出专用肥，已经得到一定推广和使用，但药用植物种植专用肥研究还处在起步阶段，不能满足社会的发展和市场的需求变化，越来越多的研究发现药用植物专用肥在提升药材品质方面具有非常重要的作用[38]。为保证甘草质量，要重视科学施肥，开展甘草专用肥研究，将更好地促进甘草植株生长，提高甘草产量。本项目组在明确甘草药渣基本成分的基础上，利用发酵技术筛选甘草药渣最佳固体发酵工艺等技术，并根据综合研究结果研制一种“甘草微生物有机复合专用肥”产品，并通过大田试验进行再验证，旨在提高甘草酸和甘草苷含量，使栽培甘草达到《中华人民共和国药典》标准。

2.2 物质基础及质量评控 近年来，中药质量评价的提升一直是中药现代化研究的关键环节。由于中药自身成分的复杂性以及药效物质基础研究的滞后性，当前主要参考化学药评价模式所建立的指标性检测评价体系已无法满足人们对中药安全性和有效性日益增长的需求。特别需要指出的是，中药往往具有多种功效或用途，而不同的功效或用途所对应的药效物质、起效浓度（含量限度）往往是不尽相同的，显然其质量评价指标和标准也应不同，但目前以功用为导向的中药质量标准研究还几乎是一个空白。因此，有必要回归中药质量控制的初心和本源，以保障中药的有效性和安全性为根本目标，构建功用导向的中药质量评控方法和关键技术，提高中药质量评控的水平。

“找成分，测含量”是目前中药质量控制研究的主要方式，定量标准与安全性、有效性之间难以建立直接或必然的联系[39]。为探寻中药药效物质与质量控制标准研究的突破，现代研究多以中药谱-效关系为切入点，建立了基于目标成分敲出/敲入的中药谱-效关系与量效关系研究模式：以目标成分“敲出”研究辨析中药关键药效组分，实现质控指标“找得准，测得准”；以目标组分“敲入”研究确定目标组分的量（毒）效关系，制订科学合理的药效组分限量范围，实现质控指标“定得准”。针对甘草补脾益气、清热解毒等传统功效的物质基础不清以及作用机制不明等问题，以甘草不同活性成分物质群和重要组成成分为研究对象，首先采用谱效相关的方法初步判断物质基础，其次基于甘草效应成分的敲出/敲入，进一步探讨并验证其物质活性，从而得到甘草的物质基础；结合甘草的临床功效深入探讨其作用机制。推动甘草质量控制从指标性成分向关键药效组分转变、含量标准从样本数量决定型向药效决定型的转变。

因此，构建功用导向的甘草质量评价方法，使甘草的质量的控制模式要从单一的化学评价模式走向综合和多元的整合评价模式，初步实现甘草品质标准难关临床药效以及“碎片化”评价难题的有效突破，推动以临床效用为导向的甘草标准整合创新研究[40]。

2.3 甘草饮片生产技术升级与质量评鉴及等级研究 针对甘草饮片生产工艺落后，自动化程度低，深加工方法和技术现代化程度及生产效率较低，炮制工艺不规范及产品质量不稳定等问题，利用现代自动化、信息化、数字化等技术手段，研发适于甘草特点的优质饮片生产技术、构建现代化的中药饮片生产模式，研发适于甘草特点的优质饮片炮制生产技术，建立节能减排、环保高效的生产技术体系和炮制自动化生产线，形成工艺规范化、生产自动化、质量标准化的甘草饮片生产全过程质量控制标准体系[41]。

随着中国中药检测技术的不断提升，中药饮片质量标准也在不断完善发展。针对甘草饮片质量标准的提升，选择不同来源和规格的甘草药材和饮片样品，基于其外观形态与指标成分，采用中药质量常数等级评价方法，建立甘草综合性量化等级评价标准。研究不同等级药材和饮片与甘草核心功效相关生物活性差异，探讨等级与活性之间的关系，形成基于活性的甘草等级评价标准。分析不同基源、道地与非道地产区、野生和栽培甘草的质量特征，构建功用导向的质量评价体系。利用现代仪器分析技术，揭示生甘草与炙甘草专属性特征，构建生甘草与炙甘草快速有效的鉴别与评价方法，制定商品规格和等级标准。

2.4 环保高效甘草活性成分提取分离技术研究 目前，国内对甘草的提取方法仍存在成本高、能耗高、工业化难等问题。中国学者开发的具有自主知识产权的天然植物有效成分喷雾提取装置及利用高压喷雾逆流法提取天然植物有效成分的装置及方法[42]，有节能减排效率高等特点，将绿色化学的理念贯穿于甘草活性成分的提取、分离和分析过程中，建立的高效环保的高压喷雾逆流提取技术，并开发出环保、节能的可高效分离甘草皂苷、黄酮和多糖三类成分的生产方法及工艺。

2.5 大健康产业开发 基于传统中医配伍理论研发以甘草为主要成分的食品与化妆品配方，通过现代药理学研究验证其对应功效，结合现代先进生产技术手段，完成甘草相关大健康产品的研发上市；整合国内长期从事甘草产业链相关高校院所、医疗机构和生产企业，吸收先进技术并提升产业化水平，开展产学研深度合作。构建集生产、研发和技术成果转化为一体的产学研平台和联合团队，推动扶贫、促进甘草产业健康持续发展。

3 结语

甘草作为中国重要的中药资源，急需进行大规模产业链的发展，并利用现代生物技术研究甘草质量形成调控机理及其调控产品，遴选优良种源，集成定向培育技术体系；揭示甘草核心功效的物质基础及功能因子，升级全产业链技术水平，开发系列大健康产品，完善药材及产品质量标准体系；整合优势资源，搭建甘草产业创新及技术转化平台，实施产业精准扶贫为研究目标，最终加快中医药大健康产业的发展。