甘草提取物在食品中的应用研究进展

甘草是一种药食同源的多年生草本植物，在中、西方食品和医药中均有广泛应用，历史悠久。全世界甘草有30多种，主要分布于中东、地中海地区以及中国北方。中国普遍种植的甘草有3种：乌尔拉甘草(Glycyrrhiza uralensis)、光果甘草(Glycyrrhiza glabra)以及胀果甘草(Glrycyrrhiza inflat) [1]，主要分布于西北干旱西区。甘草口感甘甜，喜光，能够耐受干旱、炎热、盐碱地和严寒等恶劣环境，生产不易受自然灾害的影响。天然甘草提取物提取自甘草根部，最初在美国被大量用于烟草工业中。由此，其作为食品的价值和地位大幅提升，现主要用于糖果、饮料、烟草等食品中[2]。

甘草的功能性成分主要有甘草酸、甘草黄酮、甘草多糖等，具有抗疲劳、抗炎、抗氧化、强化记忆力、抗病毒等功效[3]，其中甘草酸功能突出，受到研究者们广泛关注。甘草酸即甘草甜素，属三萜类化合物(三萜皂苷)，除具有抗氧化、抗癌[4]、抗突变、调节免疫和脂质代谢等功能外，对肝脏也有保护作用[5]。甘草酸二铵可抑制细胞凋亡相关基因(GDF15，ATF3，TNFRSF10A，NALP1)的表达，阻断HMOX1基因表达诱导信号传输，被认为是一种可有效治疗胃病与氧化应激相关的粘膜损伤的新型抗氧化剂[6]；YAW等[7]发现，甘草酸可过通过调节氧化物酶体增殖物激活受体、脂蛋白脂肪酶等的表达，有效改善摄入高热量食物并且短期或长期暴露于压力环境下的大鼠的脂质代谢；连续7 d摄入150 mg/kg的甘草提取物可显著提高小鼠的记忆和学习能力，修复由药物引起的小鼠记忆损伤，这可能是由甘草提取物的抗炎和抗氧化效果引起[8]。

自古以来，甘草被作为重要的香料添加于诸多食品中。人们认识到其在食品贮藏中的作用，却因对微生物认知的限制未能验证其抑菌作用。在现代食品生产中，甘草提取物中作为甜味剂、抗氧化剂、抗菌剂、起泡剂和增味剂等广泛用于饮料、啤酒、肉类等食品，是欧盟、美国、中国等认可的食品添加剂。

1 甜味剂

甘草在古希腊语中被称为“甜根”，其产生甜味的主要成分即是甘草酸。甘草中甘草酸含量约7%～27%[9]。甘草酸又称为甘草甜素，是一种高效的三萜皂苷类甜味剂，其甜度约为蔗糖的50倍[10]。甘草酸铵是欧盟和美国认可的甜味剂，主要用于甘草糖、焙烤食品、冷冻乳制品、饮料、糖果、口香糖等[11]。中国也于1996年就将甘草、甘草酸一钾和三钾列为甜味剂，并允许添加于肉禽罐头、调味料、糖果、饮料等食品中。1964年，MORRIS等[12]发现蔗糖与甘草酸铵有协同增效作用，并发明了一种蔗糖与甘草酸铵复配的甜味剂，作为软饮料、点心等食品的甜味剂。1979年，COOK等[13]发明了一种由甘草酸铵、山梨醇、酒石酸氢钾、5′-核苷酸四种成分按一定的配比组成的低热量甜味剂，其中5′-核苷酸能有效抑制甘草酸铵的甘草味，保障产品的可接受度。甘草酸作为甜味剂应用已十分广泛，得到了全世界消费者的普遍接受和认可。

但是甘草酸的应用仍然受到多种因素限制。一方面，虽然甘草酸甜度比蔗糖高很多，但其具有甘草特有的风味，严重限制了其应用，而无法完全取代蔗糖。同时，甘草酸会赋予食品不适宜的棕色，且在酸性环境下甜味会丧失，因此在食品和饮料工业生产中应用受限。目前，随着电子舌等高精度量化味觉设备的进步以及食品科学研究的发展，科研人员将不断探索研究以开发其潜在价值，进一步提升这一天然甜味剂应用的科学性、合理性。

2 抗菌剂

甘草提取物中含有多种抑菌成分，包括甘草黄酮、甘草查尔酮、甘草素等，能有效抑制食品腐败菌和致病菌的生长，相关研究多且深入。1980年，MITSCHER等[14]发现光果甘草(G. glabra)根的醇提物可以抑制金黄色葡萄球菌(Staphylococcrisazireus ATCC13709)、 大肠杆菌(Escherichia coil ATCC 9637)以及白色念珠菌(Candida albicans ATCC10231)。1989年，KENZO等[15]鉴定了产自俄罗斯和中国新疆的几种甘草的抗菌成分，发现甘草查尔酮、甘草素和甘草黄酮对革兰氏阳性菌(S. azireus和Bacillus subtilis)有强抑制作用，其效果等同于链霉素；同时，甘草素和甘草黄酮对酵母和真菌也有较强抑制效果。1998年，有研究表明甘草查耳酮能影响微生物的大分子(DNA、RNA以及蛋白质)合成，初步揭示了甘草查尔酮抑菌的机制。甘草查尔酮主要抑制革兰氏阳性菌和真菌生长，其中胀果甘草(G. inflata)提取物抑菌效果[16]。2002年，FUKAI等[17]研究发现，甘草黄酮对金黄色葡萄球菌(S. azireus)、大肠杆菌(E. coli)、枯草芽孢杆菌(B. subtilis)、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)均有显著抑制效果。2008年，TURKI等[18]研究发现，甘草提取物对枯草芽孢杆菌(B. subtilis)的抑制效果优于大肠杆菌(E. coli)，并认为是由革兰氏阴性菌细胞膜表面的脂多糖限制疏水化合物扩散引起的。2009年，ZHANG等[19]比较了14种中国常用香料的乙醇提取物的抗菌能力，发现甘草提取物对单增李斯特菌(Listeriamonocytogenes)的抑制能力强于丁香、牛至、迷迭香等其他13种香料，对荧光假单胞菌(Pseudomonas uorescens)的抑制能力仅次于桂皮，而对大肠杆菌(E.coli)和清酒乳杆菌(Lactobacillus sake)没有抑制作用。甘草和迷迭香的混合提取物效果，优于丁香、迷迭香、桂皮、甘草4种香料的组合及任意一种单品。总的来看，甘草提取物对金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌等革兰氏阳性菌抑制效果较强，而对革兰氏阴性菌作用较弱，部分成分对酵母等真菌也有抑制效果，但是其抑菌机理研究仍然不足，需进一步深入。

甘草常用于传统卤肉加工中，作为香料调节卤肉风味，同时因其具有抑菌作用也能改善卤肉的贮藏品质。但由于人类对微生物的认知限制等原因，早年并未及时得到科学证实，目前已有相关报道。郑晓宏[20]对粤式卤猪肉菌相研究表明，甘草提取液可强烈抑制乳杆菌属、乳酸乳球菌菌属以及酵母菌的生长，且能与丁香浸提液协同抑制嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillusstearothermophilus)、乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)和产气肠杆菌(Enterobacter aerogenes)。2008年，TURKI等[18]添加5%甘草水提物于牛奶和浓缩酸奶中，发现其对枯草芽孢杆菌(B. subtilis)有较强抑制效果，且不会影响产品的感官品质。ZHANG等[19]喷洒2.5 mg/mL甘草和迷迭香的混合提取物至接种了单增李斯特菌(L. monocytogenes)和荧光假单胞菌(P. uorescens)的猪肉和切片火腿表明，发现2.5～10.0 mg/mL的混合提取液对李斯特菌均有抑制作用，且存在量效关系；混合提取液能有效抑制嗜中温需氧细菌、荧光假单胞菌和乳酸杆菌生长，降低菌落总数，但抑制效果受提取物浓度影响不显著。KARAMI等[21]测试了甘草醇提物对橙味碳酸饮料中腐败菌的抑菌活性，发现0.9 mg/mL的甘草醇提物即可有效抑制德氏乳酸杆菌(Lactobacillus delbrueckii)，肠膜明串珠菌( Leuconostoc mesenteroides)，克鲁斯假丝酵母(Candida krusei)，酿酒酵母( Saccharomyces cerevisiae)4种腐败菌的生长，且醇提物中的多酚类物质在90 d内稳定。食品体系本身具有复杂性，这些研究超越单纯的抑菌试验，在食品体系中证实甘草提取物对有害微生物有抑制作用，这对于食品工业生产意义重大。虽然甘草提取物也大量应用于点心和糖果等甜食中，其甜味作用广受关注，但其在这类食品中的抑菌作用暂未见报道，可成为新的研究点。甘草提取物的抗菌活性研究总结见表1。

3 抗氧化剂

草药和香料类植物的抗氧化活性近年来得到很高的关注。由于这类植物以及它们的提取物具有抑制肉类等食品中脂质、蛋白等营养成分氧化，改善食品贮藏品质，延长食品贮藏期等作用而被作为天然抗氧化剂添加于食品中，成为食品科学研究的焦点。甘草作为一种在全世界广泛食用的香料也受到了研究者们的关注。甘草的抗氧化活性成分分离、提取和鉴定已有较多研究[22]，其安全阈值数据也较齐全，是一种安全高效的食品抗氧化剂。

甘草提取物的抗氧化活性成分主要包括甘草酸、甘草黄酮、类黄酮、酚类物质、多糖等[23]。1989年，KENZO等[15]鉴定了几种甘草提取物对活性氧的清除能力，发现甘草素清除活性氧能力是VE的3倍，甘草查尔酮清除活性氧能力几乎等同于VE，甘草黄酮也有一定的抗氧化能力。CHEEL等[24]发现，甘草酸和甘草苷有协同抗氧化作用。TANAKA等[25]在己醛氧化实验中发现，50 μg/mL的甘草二氯甲烷提取物即可保持99%的己醛在45 d内不被氧化，其抗氧化能力几乎等同于VE，且存在量效关系。TOHMA等[26]比较了光果甘草根和皮的冻干水提物以及醇提物的抗氧化活性，发现4种提取物亚油酸氧化抑制作用强于VE，而甘草根水提物的总抗氧化活性、H2O2清除活性以及对·的清除能力均强于甘草根的醇提物。

甘草提取物作为肉品的非酶类抗氧化剂对于防止肉品贮藏过程中脂肪、蛋白质等氧化，维持肉品品质有着重要的积极作用。JIANG等[27]研究了甘草提取物对猪肉饼脂肪的保护，发现添加0.1%的甘草提取物可显著抑制猪肉饼中脂质氧化，且效果优于迷迭香提取物，与添加0.01%的叔丁基羟基茴香醚(butylated hydroxyanisole，BHA)相比无显著差异。张慧芸等[29]将迷迭香和甘草提取物混合液喷洒在猪肉表面，发现喷洒2.5、5、10 mg/mL均可显著抑制猪肉脂质氧化。但其不同成分在不同食品体系中的抗氧化机理、与食品体系的相互作用以及应用等研究均不足。

甘草抗氧化活性成分在机体内的抗氧化机理研究已有较大进展。大鼠实验表明，甘草查尔酮能够抑制线粒体脂质过氧化反应，清除自由基，防止红细胞溶血[24]。甘草中的三萜类化合物可提高大鼠体内过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶活性[4]。研究表明，分子质量较小的甘草多糖抗氧化活性较高，但其抗氧化机理仍不清楚，须进一步研究揭示。由于甘草提取物在机体内的体现出抗氧化活性，除直接添加于食品中作为抗氧化剂，甘草提取物也被作为功能性物质添加于滩羊饲料中，用以提升羊肉的品质。加饲3 000～4 000 mg/kg甘草提取物可显著提升滩羊肉的自由基清除能力和总抗氧化能力，延缓贮藏过程中羊肉的脂质氧化[29]。直接加饲甘草提升肉品的抗氧化能力可避免加工等造成肉品氧化加速，是合理利用甘草抗氧作用，改善鲜肉品质的重要途径。

4 增味剂、发泡剂

甘草作为一种普遍食用的香料，其风味成分备受关注。1976年，FRATTINI等[30]对甘草汁的风味物质进行分析，发现了28种挥发性风味物质，其中萜烯类化合物较多。次年，他们用GLC和 GLC-MS联用仪以及红外光谱对受热的甘草的挥发性风味成分进行分析，结果表明，热处理后的甘草有63种风味物质，主要为呋喃衍生物，包括酸、酯、酐等，含量高于未经热处理的甘草，而烯类化合物含量低于未经热处理的甘草汁。由此推知，热处理等加工方式对甘草的风味成分的种类和含量影响均较大，可以此为科学基础指导含甘草食品的加工。2009年，XU等[31]通过GC-MS分析了甘草浸膏的风味成分，总共鉴定出108种物质，主要为己酸、亚油酸乙酯、2-戊基呋喃等，这些成分与FRATTINI等的鉴定结果相符。但FRATTINI等的研究中并没有发现棕榈酸、11-十六碳烯醛、己酸乙酯和3-甲基-环戊醇。其中，FRATTINI等鉴定得到的糠醛含量高，而XU等发现糠醛含量较微，而棕榈酸可能因热作用转化为棕榈酸乙酯被检测出。2012年，FARAG等[32]通过蒸汽蒸馏和固相微萃取对不同产地的光果甘草(G. glabra)、胀果甘草(G. inflata)和松果甘草(Glycyrrhiza echinacea)的精油成分和挥发性风味物质进行分析，发现光果甘草(G. glabra)精油的挥发性风味物质特有的成分为百里香酚和香芹酚，而TURKI等[18]分析光果甘草(G. glabra)提取物的成分时也检测到香芹酚， FRATTINI等分析光果甘草精油成分时也检测到了香芹酚，而其他品种的甘草中没有存在香芹酚的报道，因此，香芹酚可能是光果甘草(G. glabra)特有成分，可能成为鉴定光果甘草(G. glabra)品种的依据。2013年，CHUNTHANOM等[33]用GC-MS分析甘草根发现了21种挥发性风味物质，其中3-丁炔--醇含量最高，占67.11%，β-月桂烯、2,2-二甲基环丙基苯以及苯甲酸也高于XU等的分析结果。挥发性风味物质的成分和含量都受产地、品种、贮藏条件、处理方式、测定仪器等因素影响，因此测定结果存在差异。

虽然甘草的挥发性风味成分已有大量研究，且其主要挥发性成分已经得到鉴定，FARAG等的研究也提出了光果甘草的特征性风味成分，但还没有研究确切指出贡献甘草特殊风味的物质。甘草的特殊风味可能是某种特征性成分引起，也可能是多种成分相互作用产生，挥发性成分的含量并不能说明其贡献，因此，还需进一步研究确定贡献其风味的主要成分，这对于食品生产中解决甘草带入特殊气味至关重要。挥发性风味物质的成分和含量都受产地、品种、贮藏条件、处理方式等多种条件都会影响甘草的风味组成，但只要甘草特有的风味始终存在，对不同原料的风味成分的测定结果进行比较分析可能成为研究甘草特有风味的突破口。甘草提取物的风味物质相关研究总结见表2。

由于甘草具有令人愉悦的特征性风味，甘草被作为香料广泛应用于食品中改善食品风味。甘草添加于烟草以改善烟草的风味和色泽始于美国，已有近百年历史，其安全性也已得到科学验证。目前，甘草提取物主要用于改善糖果、饮料等食品的风味。甘草酸是良好的表面活性剂，用于酒和酒精饮料、糖果、哈尔瓦和甜食等食品中作为发泡剂[34]。MORRIS[35]用0.5倍质量的甘草酸铵取代1/5的可可粉用量，可得到具有同样强度可可风味的可可饮料。DUCK曾提出，甘草酸可用于增强可可粉的风味，在含可可的食品可替代约25%的可可粉。在口香糖中添加甘草酸可赋予口香糖更持久的风味[36]。SELZER等[37]将甘草提取物添加于蔓越莓制成的液态膳食营养补充剂中改善产品风味，稳定产品状态。KOSKI[38]将甘草根和少量的糖混合加水煮沸一段时间，得到的混合液加入柑橘汁中，制成有特殊清凉口感和悦人色泽的柑橘饮料。甘草酸在柑橘汁中产生少量的泡沫，使其口感新鲜自然。甘草酸也用于碳酸饮料中，改善碳酸饮料的起泡性[35]。甘草酸是良好的表面活性剂，作为发泡剂主要用于啤酒发酵中，使啤酒的泡沫细腻稳定，且能减弱啤酒可能产生的后苦味[39]。

5 甘草原料及其提取物的安全性评价

甘草酸作为甘草最重要的功能性成分之一，毒理学资料已经非常齐全。急性毒性试验表明，甘草酸铵的LD50值为12.7 g/kg[40]，没有研究证明低剂量摄入甘草酸能产生毒性作用；慢性毒性试验结果表明，甘草酸没有任何慢性毒性和致癌性[41]；甘草酸无致畸、致突变作用，并且在一定条件下对基因毒性有抑制作用，但过多摄入甘草酸会抑制β-羟化类固醇脱氢酶的活性，因此推荐甘草酸日摄入量为0.015～0.229 mg/kg体重[39]。美国FDA将甘草酸铵定为GRAS(generally recognized as safe)类食品添加剂，认为食品中的甘草酸对人体无害，但建议不要过度食用且过敏人群慎用。研究表明，过量摄入甘草酸铵可能影响哺乳动物体内和钠和钾失衡以及水肿，严重时可能引起高血压[41]。欧盟和英国认为甘草提取物可作为添加剂少量添加于食品中，建议添加后食品中的甘草酸含量不超过天然甘草中甘草酸含量[42]。综上，甘草及其提取物属于一种安全的食品添加剂，可以用于改善食品品质，但不宜过度食用。

甘草作为重要的香料和甜味剂已广泛食用数千年，作为食品原料毋庸置疑。但由于食品加工中所用的甘草原料一般需经过自然晾干、磨粉等工序，这些工艺处理较为粗糙，易导致原料污染。经阳光自然晒干后磨粉的甘草根菌落总数达到11×104 个/g[43],存在安全隐患,应当引起注意。加热、辐照等处理是甘草杀菌的常用手段。10 kGy辐照处理可显著降低甘草原料中微生物的数量，减少甘草提取液中Na, Ca, K等金属离子的含量，但不影响甘草提取物的感官品质、物理及化学特性 [43]。热处理可提高甘草的提取率，但是会降低甘草提取物中总糖、甘草甜素、pH值，引起色泽变化[44]。20 kGy的60Co γ射线处理甘草提取物不会显著影响甘草提取物对酪氨酸酶的抑制活性，且辐照可改善甘草提取物的亮度[45]。

糖果的消费量的大幅增加引起了研究者们对糖果类食品安全问题的重视。2002年，CARBONELL等[46]对4种糖果(口香糖、2种甘草糖和软糖)中的Cu和As进行测定，发现甘草糖中的砷超过西班牙法定标准。检测其原料(甘草)中的As含量发现原料中As的含量与产品中As含量呈显著正相关。2003年，进一步对9种含有甘草的糖果中的甘草酸和As含量进行研究，发现糖果中甘草酸和砷呈显著正相关[47]。甘草提取物添加于糖果中有保护牙齿健康，防止糖果变色等诸多功能，但原料的安全性至关重要。为保障甘草原料的品质和安全，研究者利用微乳薄层色谱[48]、红外光谱结合二维红外相关光谱[49]等技术对甘草品质进行检测实现原料快速分级，快速有效识别原料产地及生长环境。随着上述技术逐渐成熟，甘草原料品质将会得到保障，这对于保障最终产品品质至关重要。

6 展望

随着社会的进步，食品添加剂逐渐向天然、营养、功能化的方向发展。与大多数天然添加剂相比，甘草提取物具有多方面的优势。一方面，中国是甘草原料产出大国，甘草及其提取物价格低廉，极具市场竞争力；另一方面由于甘草提取物在医药中应用广泛且研究成熟，化学成分尤其是功能性成分清楚，毒理学资料完备，为其在食品中的应用提供了重要的科学依据。此外，甘草提取物主要成分甘草酸甜度高且稳定性好，对包装和贮藏条件要求低，可大量缩减包装和贮藏成本。

如表3所示，甘草提取物作为食品添加剂在工业上已有广泛应用，它具有多种功能上的优势，但其应用仍然存在许多局限性。甘草提取物成分复杂，各成分的功能、作用机理及协同作用等研究已有较大进展，但尚未完全清楚，仍须进一步深入。即使是天然食品添加剂，也应深入研究其毒理学性质，为安全食用提供科学依据，以保障消费者健康。立法对于引导科学研究和群众消费至关重要。欧盟的监管制度极大地促进消费者选择更加健康的食品,并推动已经存在的食品产品重新构架，促进产品创新，保障消费者健康和食品企业发展，值得借鉴。国家需完善法律结构以保障天然提取物相关研究全面深入的进行，从而引导消费者合理消费。

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