Кемерово, Кемеровская область, Россия
Цель исследования – обобщение научных данных по обоснованию использования продуктов переработки Cannabis sativa L. как потенциальных источников биологически активных веществ в пищевых системах функциональной и специализированной направленности. Задачи: проанализировать фитохимические вещества конопли, охарактеризовать белки, жиры, витамины и минеральные вещества продуктов переработки конопли; показать эффективность использования продуктов переработки конопли в медицине при лечении и профилактике заболеваний; оценить возможность биопотенциала продуктов переработки конопли как перспективного сырья в технологиях функциональных продуктов. Новизной исследования является обобщение и систематизации научных данных о биоактивных свойствах для дальнейшего обоснования применения фитохимических веществ конопли в индустрии питания. Проведен поиск зарубежных источников за последние 10 лет в электронных научных базах данных Google Scholar, Pub Med, Science Direct, Elibrary.ru, Scopus. Для изучения научных данных по проблеме использовались методы систематизации, анализа и обобщения. Представлены результаты исследований фитохимических веществ конопли, охарактеризованы белки, жиры, витамины и минеральные вещества продуктов переработки конопли; приведены данные по результатам изучения влияния биологически активных веществ конопли в моделях in vitro и in vivo. Показана эффективность использования продуктов переработки конопли в медицине при лечении и профилактике ряда заболеваний. Оценена возможность биопотенциала продуктов переработки конопли как перспективного сырья в технологиях функциональных продуктов. Установлена необходимость в соблюдении нормативных требований и определении показателей для идентификации функциональной направленности при добавлении конопли в пищевые продукты для обеспечения безопасности их использования в продуктах питания.
Cannabis sativa L., продукты переработки конопли, биологически активные вещества, свойства фитохимических веществ, применение, медицина, пищевая индустрия
Введение. Химическое разнообразие состава растительного сырья в последнее время приобрело большое значение с точки зрения исследования биопотенциала. В этом плане фитохимические вещества с отчетливыми стереохимическими профилями представляют интерес как потенциальные ингредиенты не только в медицине, но и в индустрии питания. Фитохимические вещества подразделяются на первичные и вторичные метаболиты (специализированные метаболиты). Белки, аминокислоты, хлорофилл и пурины/пиримидины нуклеиновых кислот считаются первичными метаболитами, алкалоиды, флавоноиды, терпены, стероиды, куркумины и фенолы рассматриваются как специализированные растительные метаболиты. В последнее время эти ценные фитохимические вещества нашли широкое практическое применение в качестве лечебного сырья, а благодаря их антиоксидантным, стабилизирующим, эмульгирующим, хелатирующим и ароматическим свойствам расширяется спектр их использования в косметологии и пищевой индустрии [1].
Конопля (Cannabissativa L.) – ценная культура с широким спектром применения: от пищевых продуктов и текстиля до фармацевтики [2]. Возрождение посевных площадей и легализация промышленной конопли в качестве сельскохозяйственной культуры, ее использование в качестве продукта питания и пищевого ингредиента в России возросло после 2012 г. [3]. Рост обусловлен многочисленными преимуществами для здоровья, которыми обладает конопля, и ее широким спектром биологически активных веществ. Однако, несмотря на эту положительную тенденцию, продукты на основе конопли могут содержать тетрагидроканнабинол (ТГК) выше предельно допустимой концентрации, что вызывает беспокойство с точки зрения безопасности и соблюдения нормативных требований. В связи чем совершенствуется законодательная и нормативно-правовая базы Российской Федерации в отрасли коноплеводства для ликвидации ряда существующих противоречий от селекционных разработок до получения сертифицированной продукции [4].
Отмечено, что только некоторые сорта конопли можно классифицировать как промышленную коноплю. Предложено деление конопли на шесть основных групп: непсихоактивные растения, выращиваемые для получения семян и волокна в Западной Азии и Европе, содержат небольшое количество ТГК и высокое содержание каннабидиола (КБД) – 1-я группа; непсихоактивные сорта из Восточной Азии (в основном из Китая), содержащие ТГК от низкого до умеренного и высокое количество КБД, – 2-я группа; психоактивные сорта из Южной Центральной Азии состоят в основном из ТГК в качестве доминирующего каннабиноида – 3-я группа; психоактивные сорта, обнаруженные в Афганистане и соседних странах с высоким содержанием ТГК и КБД – 4-я группа; гибриды 1 и 2 объединены в 5-ю группу, гибриды 3 и 4 – в 6-ю группу [5].
Стимулом для мировой индустрии промышленной конопли явился результат ключевых изменений в законодательстве, а именно законопроектов о фермерских хозяйствах в США. Закон о фермерских хозяйствах 2014 г. определил коноплю как растения с пороговым значением ТГК 0,3 % в пересчете на сухую массу и разрешил его производство в определенных условиях. Законопроект о фермерских хозяйствах 2018 г. легализовал производство конопли как сельскохозяйственного товара и исключил ее из списка контролируемых веществ. Австралия легализовала продукты из конопли в ноябре 2017 г. после запрета, действовавшего с 1937 г. [6].
Введение новых законов в отношении коноплеводства повлияло на развитие потребительского рынка продуктов питания на основе конопли, что также связывали с растущим числом вегетарианцев во всем мире и повышенным вниманием потребителей к вопросам питания и здоровья. Кроме того, выпуск инновационных продуктов на основе конопли, таких как соусы, коктейли, мороженое и десерты, является фактором, стимулирующим рост рынка продуктов питания на основе конопли. Так, в России рынок продуктов питания из конопли вырос в 4,5 раза за последние 3 года [7]. Основные страны-производители конопли находятся в Северной Америке (США, Канада и Мексика). С другой стороны, ожидается, что к 2027 г. рынок конопли в Азиатско-Тихоокеанском регионе будет расти самыми высокими темпами благодаря принятию западного стиля питания и растущего спроса на продукты на основе конопли из-за отсутствия в них глютена.
Знание состава, питательных свойств и технологической функциональности пищевых ингредиентов на основе конопли имеет фундаментальное значение для определения их пригодности для использования в пищевых системах. Кроме того, понимание процессов производства ингредиентов на основе семян конопли также важно, поскольку на состав, качество и функциональные свойства ингредиента влияет послеуборочная обработка, сорт, сезонность и условия выращивания растения.
Цель исследования – обобщение научных данных по обоснованию использования продуктов переработки Cannabis sativa L. как потенциальных источников биологически активных веществ в пищевых системах функциональной и специализированной направленности.
Задачи: проанализировать фитохимические вещества конопли, охарактеризовать белки, жиры, витамины и минеральные вещества продуктов переработки конопли; показать эффективность использования продуктов переработки конопли в медицине при лечении и профилактике заболеваний; оценить возможность биопотенциала продуктов переработки конопли как перспективного сырья в технологиях функциональных продуктов.
Материалы и методы. В исследовании проведен поиск зарубежных источников за последние 10 лет в электронных научных базах данных Google Scholar, Pub Med, Science Direct, Elibrary.ru, Scopus. Для изучения научных данных по проблеме использовались методы систематизации, анализа и обобщения.
Результаты и их обсуждение. Научные исследования выявили множество свойств соединений, выделенных из Cannabis sativa L. (конопли), благодаря чему сформулированы перспективы использования продуктов переработки конопли в качестве потенциальных источников природных минорных компонентов. В настоящее время в качестве продуктов питания применяют семена, муку, ядра, масло и жмых конопли (рис.).
Продукты из конопли
Традиционно конопля используется как ценный источник клетчатки и питательных веществ. Многочисленные исследования также продемонстрировали противомикробное, антипролиферативное, фитотоксическое и инсектицидное действие эфирного масла из женских соцветий конопли. Ученые из Италии, Турции и Ирака изучали соцветия конопли как источник противовоспалительных, антимикотических и антипролиферативных средств в опытах in silico, in vitro. Показано, что соцветия конопли являются многообещающим источником нутрицевтиков и космецевтиков против воспалительных и инфекционных заболеваний [8]. Особое значение имеет широкий спектр фитохимических веществ, содержащихся в соцветиях конопли. Двумя основными и наиболее известными фитохимическими веществами в конопле являются каннабиноиды: -транс-Δ9-тетрагидроканнабинол, который оказывает опьяняющее действие; -каннабидиол – вещество, которое не является опьяняющим и имеет потенциальные лекарственные свойства [9].
Установлено, что семена конопли содержат около 20–25 % белка, 20–35 % масла, 20–30 % углеводов, которые в основном представляют собой нерастворимые пищевые волокна и высокий уровень антиоксидантов. Исследования белковой фракции показали, что семена конопли имеют такое же содержание белка, как и другие семена масличных культур, в них больше белка, чем в семенах подсолнечника или канолы, но меньше белка, чем в сое [10]. Белки семян конопли содержат все незаменимые аминокислоты, а белковая фракция конопли легко усваивается [11]. Глобулины составляют 60–80 % общего белка, альбумины составляют большую часть остального [12].
Семена конопли являются источником минералов (P, K, Mg, Ca, Na, Fe, Mn, Zn, Cu) и фитонутриентов (токоферолов, каротиноидов, стеролов), содержат ряд антипитательных компонентов (фитиновая кислота, конденсированные дубильные вещества, ингибиторы трипсина, цианогенные гликозиды и сапонины) [13]. Масло семян конопли является богатым источником полиненасыщенных жирных кислот, особенно незаменимых, доля которых составляет более 70 %. Различные уровни линолевой кислоты (51,6–59,0 % жирных кислот в масле), α-линоленовой кислоты (10,5–22,0 % жирных кислот в масле), общих токоферолов (56–97 мг/100 г масла), фитостеролов (279 мг/ 100 г масла) свидетельствуют о разнообразии состава масла [9, 14].
Семена конопли содержат ряд фитохимических веществ, а присутствие фенольных соединений и токоферолов способствует их антиоксидантной активности. Существует целый ряд продуктов, которые можно получить из семян конопли. Помимо измельчения целых или очищенных семян конопли в муку могут быть выделены масла с добавленной пищевой ценностью и фракции, обогащенные белком. Кроме того, фитохимические экстракты вызывают все больший интерес, поскольку их роль и применение в области здравоохранения и питания получают все большее признание [15].
Исследована питательная ценность ростков конопли. Показано, что проращивание усиливает противовоспалительные свойства за счет таких соединений, как пренилфлавоноиды, каннфлавины A и B, т. е. ростки конопли могут быть новым противовоспалительным пищевым материалом [16]. В другом исследовании сообщалось о повышенном содержании полифенолов, флавоноидов, антиоксидантной активности и концентрации белка в ростках конопли, выращенных под синим светодиодом, по сравнению с сырыми семенами [17]. Кроме того, отмечены интересные результаты: ростки конопли не обладают галлюциногенными эффектами, не содержат большого количества дельта-9-тетрагидроканнабинола и, таким образом, их можно употреблять не опасаясь негативного воздействия на здоровье [18].
Анализ применения продуктов переработки конопли как в моделях in vitro, так и в моделях in vivo показали их эффективность. Например, в исследованиях по профилактике ожирения установлено, что у мышей, которых кормили мукой из семян конопли в расчете 200 или 300 мг/кг, прибавка массы тела, эпидидимальная и околопочечная жировая ткань значительно уменьшились по сравнению с мышами, получавшими обычную диету [19]. Показано, что общий холестерин, липопротеины высокой и низкой плотности и триглицериды также были значительно снижены. Кроме того, отмечено, что масла из семян конопли имеют соотношение омега-6 и омега-3 3 : 1, что является оптимальным для достижения различных преимуществ в организме, таких как повышение метаболизма и снижение уровня холестерина в крови [20].
Гидролизаты пищевого белка из конопли привлекли к себе внимание исследователей с точки зрения применения в качестве биоактивных пептидов природного происхождения для лечения гипертонии [21]. В нескольких научных работах отмечено, что коноплю можно использовать для профилактики и лечения рака [22, 23]. Сообщалось о противодиабетических свойствах конопли и ее компонентов [24].
Анализ результатов научных исследований по применению продуктов переработки конопли в пищевых системах показал, что она является перспективным сырьем в технологиях функциональных продуктов [25, 26]. Исследована пищевая ценность муки конопляной и ее отличительные особенности в сравнении со злаковыми и бобовыми видами муки, показана перспективность применения для производства продуктов специализированной направленности. Разработаны хлеб и кондитерские мучные изделия без глютена с добавлением конопли, изучены их свойства и биологическая ценность [27, 28]. Апробировано использование конопли в качестве добавки для производства медовухи, традиционного напитка, производимого путем ферментации [29].
Заключение. Таким образом, показана эффективность использования продуктов переработки конопли в медицине при лечении и профилактике ряда заболеваний. Оценена возможность биопотенциала продуктов переработки конопли как перспективного сырья в технологиях функциональных продуктов. Необходимо отметить строгое соблюдение нормативных требований к показателям качества и безопасности применяемой в технологии индустрии питания продуктов переработки конопли, а также определении показателей для идентификации функциональной направленности при добавлении конопли в пищевые продукты для обеспечения безопасности их использования в продуктах питания.
1. The use of phytochemicals in the therapeutic, food, aromatic and cosmetic industries / A. Kavatra [et al.] // Phytochemical genomics: plant metabolism and genomics of medicinal plants. Singapore: Springer Nature Singapore, 2023. P. 85–108.
2. Industrial hemp (Cannabis sativa subsp. sativa) as an emerging source for value-added functional food ingredients and nutraceuticals / H.V. Rupasinghe [et al.] // Molecules. 2020. 25 (18):4078. DOI:https://doi.org/10.3390/molecules25184078.
3. Резниченко И.Ю. Перспективы переработки и развития рынка продуктов с использованием Cannabis Sativa L. // Научно-практические аспекты развития АПК: мат-лы нац. науч. конф. Красноярск, 2023. С. 233–234.
4. Серков В.А., Кабунина И.В. К аспекту нормативно-правового регулирования выращивания и переработки конопли посевной в России // Международный сельскохозяйственный журнал. 2022. № 1 (385). С. 99–102. DOI:https://doi.org/10.55186/25876740_2022_65_1_99.
5. Small E. Evolution and classification of Cannabis sativa (marjuana, hemp) in relation to human utilization // The Botanical Review. 2015. 81 (3):189–294. DOI:https://doi.org/10.1007/s12229-015-9157-3.
6. A comprehensive review of cannabis potency in the USA in the last decade / M.A. El Sohly [et al.] // Biol Psychiatry CognNeurosci Neuroimaging. 2021;6(6):603–6.
7. Кабунина И.В. Современный опыт и перспективы переработки технической конопли в России // Международный сельскохозяйственный журнал. 2021. № 6 (384). С. 34–37. DOI:https://doi.org/10.24412/2587-6740-2021-6-34-37.
8. Water extract from inflorescences of industrial hemp futura 75 variety as a source of anti-inflammatory, anti-proliferative and antimycotic agents: Results from in silico, in vitro and ex vivo studies / G. Orlando [et al.] // Antioxidants. 2020. Т. 9. №. 5. С. 437.
9. Effect of malting on nutritional and antioxidant properties of the seeds of two industrial hemp (Cannabis sativa L.) cultivars / B.L. Farinon [et al.] // Food Chemistry.2022. 370:131348. DOI:https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.131348.
10. Potin F., Saurel R. Hemp seed as a source of food proteins. Sustain Agric Rev 42 Hemp Prod Appl. 2020;42:265.
11. Contents of phytochemicals and antinutritional factors in commercial protein-rich plant products / P.H. Mattila [et al.] // Food QualSaf. 2018;2:213–9.
12. Pihlanto A., Nurmi M., Mäkinen S. Hempseed protein: processing and functional properties. Sustain Agric Rev. 2020;42:223–37.
13. Hempseed in food industry: Nutritional value, health benefits, and industrial applications / W. Leonard [et al.] // Comprehensive Reviewsin Food Science and Food Safety. 2020. 19 (1):282–308. DOI:https://doi.org/10.1111/1541-4337.12517.
14. Effectof genotype and growing year on the nutritional, phytochemical, and antioxidant properties of industrial hemp (Cannabis sativa L.) seeds / M. Irakli [et al.] // Antioxidants. 2019;8:491.
15. Industrial Hemp (Cannabis sativa subsp. sativa) as an emerging source for value-added functional food ingredients and nutraceuticals / H.P.V. Rupasinghe [et al.] // Molecules. 2020;25:1–24.
16. Cannflavins from hemp sprouts, a novel cannabinoid-free hemp food product, target microsomal prostaglandin E2 synthase-1 and 5-lipoxygenase / O. Werz [et al.] // PharmaNutrition. 2014. 2 (3):53–60. DOI:https://doi.org/10.1016/j. phanu.2014.05.001
17. Studies regarding treatments of LED-s emitted light on sprouting hemp (Cannabis sativa L.) / O.A. Livadariu [et al.] // Romanian Biotechnological Letters. 2019. 24 (3):485–90. DOI:https://doi.org/10.25083/rbl/24.3/485.490
18. Investigation of suitable seed sizes, segregation of ripe seeds, and improved germination rate for the commercial production of hemp sprouts (Cannabis sativa L.) / Y.H. Moon [et al.] // Journal of the Science of Food and Agriculture. 2020. 100 (7):2819–27.
19. Anti-obesity effect of Cannabis sativa seed flour from Khlalfa of Taounate region (Northern of Morocco) in high caloric diet-induced obese mice / M. Bouarfa [et al.] // Asian Journal of Pharmaceutical and Clinical Research. 2020. 13 (11):139–44
20. The composition of hemp seed oil and its potential as an important source of nutrition / C. Leizer [et al.] // Journal of Nutraceuticals, Functional & Medical Foods. 2000. 2 (4):35–53. DOI:https://doi.org/10.1300/J133v02n04_04.
21. Structural and antihypertensive properties of enzymatic hemp seed protein hydrolysates / S.A. Malomo [et al.] // Nutrients. 2015. 7 (9):7616–32.
22. Anticancer property of hemp bioactive peptides in Hep3B liver cancer cells through Akt/GSK3β/βcatenin signaling pathway / L.-H. Wei [et al.] // Food Science & Nutrition. 2021. 9 (4):1833–41. DOI:https://doi.org/10.1002/fsn3.1976.
23. New insights on hemp oil enriched in Cannabidiol: Decarboxylation, antioxidant properties and in vitro anticancer effect / A.R. Petrovici [et al.] // Antioxidants. 2021. 10 (5):738. DOI:https://doi.org/10.3390/antiox10050738.
24. Acute effects of hemp protein on postprandial glycemia and insulin responses in adults / R.C. Mollard [et al.] // The FASEB Journal. 2017. 31:966–28-966.928.
25. Петренко А.В., Илларионова В.В., Булубашев Г.П. Перспективы комплексной переработки плодов бесканнабиоидной конопли для производства пищевых продуктов широкого ассортимента // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2022. № 2-3 (386-387). С. 11–15. DOI:https://doi.org/10.26297/0579-3009.2022.2-3.2.
26. Оценка пищевой ценности муки конопляной относительно традиционных видов безглютеновой муки / Л.Г. Ермош [и др.] // Вестник КрасГАУ. 2022. № 8 (185). С. 194–201.
27. Evaluation of the quality, nutritional value and antioxidant activity of gluten-free biscuits made from corn-acorn flour or corn-hemp flour composites / A. Korus [et al.] // European Food Research and Technology. 2017. 243 (8):1429–38. DOIhttps://doi.org/10.1007/s00217-017-2853-y.
28. Гончарова А.А., Ущаповский В.И., Миневич И.Э. Влияние продуктов переработки семян конопли на потребительские свойства мучных кондитерских изделий // Хранение и переработка сельхозсырья. 2022. № 3. С. 120–133. DOI:https://doi.org/10.36107/spfp.2022. 291.
29. Characterization of a new type of mead fermented with Cannabis sativa L.(hemp) / R. Romano [et al.] // Journal of Food Science. 2021. 86 (3):874–80.
