Мировой опыт применения облучения низкоэнергетическими электронами в сельском хозяйстве

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

По данным многолетних наблюдений ФАО, потери сельхозпродукции растительного происхождения оценивают от 10 до 30 %. Основными причинами этих потерь являются фитопатогены, микроорганизмы порчи и насекомые-вредители. Рассматриваются проблемы обеспечения фитосанитарной безопасности сельскохозяйственной продукции и предлагается использование радиационной технологии вместо обработки химическими реагентами. Радиационные технологии имеют давнюю историю изучения и применения, длящуюся уже более 75 лет. Наиболее масштабные и подробные данные применения технологии получены для гамма-установок, в которых используются естественные радиоактивные изотопы. Ускорители электронов с низкой энергией (ниже 300 кэВ) изобрели относительно недавно, поэтому вопрос их применения в сельском хозяйстве актуален. Обработка низкоэнергетическим электронным излучением сочетает в себе все преимущества радиационной обработки пищевых и сельскохозяйственных продуктов гамма-излучением, и в то же время, за счет малой проникающей способности излучения, значимо снижает риск повреждения биологических структур во внутреннем объеме облучаемого объекта. В данной работе отмечено, что низкоэнергетические ускорители электронов могут быть успешно использованы для борьбы с инфекционными болезнями растений, снижая количество фитопатогенов на семенах. При этом нарушение ростовых параметров семян не наблюдается. Также рассмотрено использование облучения низкоэнергетическими электронами для предотвращения микробиологической порчи. Пищевые качества облученных продуктов существенно не меняются. Метод радиационной дезинсекции (борьбы с насекомыми-вредителями) низкоэнергетическим электронным излучением также показал свою эффективность. Однако, стоит отметить, что необходимы дополнительные исследования, чтобы определить оптимальные дозы облучения низкоэнергетическим излучением для каждого вида продукции и обеспечить безопасность для здоровья человека и окружающей среды. В целом, использование радиационной технологии в сельском хозяйстве имеет большой потенциал и может стать эффективным способом повышения производительности и безопасности пищевых продуктов. Данный метод обработки продуктов питания признан безопасным для здоровья человека рядом авторитетных международных организаций: ООН (ФАО), ВОЗ, МАГАТЭ и др.

Об авторах

Оксана Владимировна Тхорик

Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»

Email: oxana.tkhorik@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-5213-2150

научный сотрудник

Российская Федерация, 249035, Калужская область, г. о. Обнинск, г. Обнинск, Киевское шоссе, д. 1, к. 1

Владимир Александрович Харламов

Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»

Автор, ответственный за переписку.
Email: kharlamof@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3479-1800

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

Российская Федерация, 249035, Калужская область, г. о. Обнинск, г. Обнинск, Киевское шоссе, д. 1, к. 1

Ирина Владимировна Полякова

Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»

Email: irinaamchenkina@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1602-7921

научный сотрудник

Российская Федерация, 249035, Калужская область, г. о. Обнинск, г. Обнинск, Киевское шоссе, д. 1, к. 1

Надежда Николаевна Лой

Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»

Email: loy.nad@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9984-0883

кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник

Российская Федерация, 249035, Калужская область, г. о. Обнинск, г. Обнинск, Киевское шоссе, д. 1, к. 1

Мария Геннадьевна Помясова

Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»

Email: mariya-zelenetskaya@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3922-1567

научный сотрудник

Российская Федерация, 249035, Калужская область, г. о. Обнинск, г. Обнинск, Киевское шоссе, д. 1, к. 1

Валентин Игоревич Шишко

Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»

Email: valentine585@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0526-0579

научный сотрудник

Российская Федерация, 249035, Калужская область, г. о. Обнинск, г. Обнинск, Киевское шоссе, д. 1, к. 1

Список литературы

  1. Muller G, Lietz P, Munch HD. Mikrobiologiya pishchevykh produktov rastitel’nogo proiskhozhdeniya [Microbiology of plant foods]. Moscow; 1977. (In Russ.).
  2. Smirnova TA, Kostrova EI. Mikrobiologiya zerna i produktov ego pererabotki [Microbiology of grain and products of its processing]. Moscow: Agropromizdat publ.; 1989. (In Russ.).
  3. Pinstrup-A nderson P, Pandy-Lorch R, Rosegrant MW. The world food situation: recent developments, emerging issues, and long-term prospects. Vision 2020: Food Policy Report. Washington, DC: International Food Policy Research Institute; 1997.
  4. Tilman D, Fargione J, Wolff B, D’Antonio C, Dobson A, Howarth R, et al. Forecasting agriculturally driven global environmental change. Science. 2001;292(5515):281-284. doi: 10.1126/science.1057544
  5. Makarova MA, Shevtsova AA. Prospects of application of new means of protection against diseases in maize seed crops. Far East agrarian herald. 2017;(3):55-60. (In Russ.).
  6. Morrison RM. An economic analysis of electron accelerators and cobalt-60 for irradiating food. Technical Bulletin No. 1762. Washington, DC; 1989.
  7. Pikaev AK. Current state of radiation processing. Russian Chemical Reviews. 1995;64(6):609-640. (In Russ.).
  8. Chernyaev AP, Varzar SM. Particle accelerators in modern world. Yadernaya fizika. 2014;77(10):1266-1278. (In Russ.). doi: 10.7868/S0044002714100031
  9. Kozmin GV, Geraskin SA, Sanzharova NI. Radiatsionnyye tekhnologii v sel’skom khozyaystve i pishchevoy promyshlennosti [Radiation technologies in agriculture and food industry]. Obninsk; 2015. (In Russ.).
  10. Bezuglov VV, Bryazgin AA, Vlasov AY, Voronin LA, Panfilov AD, Radchenko VM, et al. Industrial electron accelerators ILU for medical products sterilization and food treatment. Physics of elementary particles and atomic nuclei, letters. 2016;13(7):1581-1585. (In Russ.).
  11. Bryazgin AA, Bezuglov VV, Voronin LA, Korobeynikov MV, Maximov SA, Nekhaev VE, et al. Industrial electron accelerators type ILU for food products treatment. In: Radiation technologies in agriculture and food industry: Current state and prospects: conference proceedings. Obninsk; 2018. p.127-131. (In Russ.).
  12. Sanzharova NI, Kozmin GV, Bondarenko VS. Nuclear technologies in agriculture: Science and technology development strategy. Innovatics and Expert Examination. 2016;(1):197-206. (In Russ.).
  13. Pimemov EP, Pavlov AN, Vasileva NA, Morozova AI. The effects of different regimes of a pulsed linear electron accelerator on the microorganisms that contaminate spices. In: Radiation technologies in agriculture and food industry: Current state and prospects: conference proceedings. Obninsk; 2018, p.100-103. (In Russ.).
  14. Zabayev VN. Primenenie uskoritelei v nauke i promyshlennosti [Application of accelerators in science and industry]. Tomsk; 2008. (In Russ.).
  15. Chernyaev АP. Uskoriteli v sovremennom mire [Accelerators in the world today]. Moscow; 2012. (In Russ.).
  16. Alimov AS. Prakticheskoe primenenie elektronnykh uskoriteley [Practical applications of electronic accelerators]. Preprint MSU SINP № 2011-13/877. (In Russ.).
  17. Scharf W, Wieszczycka W. Particle accelerators for industrial processing (Part 1). Maintenance and Reliability. 2001;(2-3):10-25.
  18. Hayashi T. Decontamination of dry food ingredients and seeds with «soft-electrons» (low-energy electrons). Food Sci Technol Int Tokyo. 1998;4(2):114-120. doi: 10.3136/fsti9596t9798.4.114
  19. Hayashi T, Takahashi Y, Todoriki S. Sterilization of foods with low-energy electrons («soft-electrons»). Radiat Phys Chem. 1998;52(1-6):73-76. doi: 10.3136/fsti9596t9798.4.114
  20. Imamura T, Todoriki S, Sota N, Nakakita H, Ikenaga H, Hayashi T. Effect of ‘‘soft-electron’’ (low-energy electron) treatment on three stored- product insect pests. J Stored Prod Res. 2004;40(2):169-177. doi: 10.1016/S0022-474X(02)00095-4
  21. Kikuchi OK, Todoriki S, Saito M, Hayashi T. Efficacy of soft-electron (low-energy electron beam) for soybean decontamination in comparison with gamma-rays. J Food Sci. 2003;68(2):649-652. doi: 10.1111/ j.1365-2621.2003.tb05725.x
  22. Hayashi T, Todoriki S. Low energy electron irradiation of food for microbial control. In: Irradiation for Food Safety and Quality. Vienna; 2001. p.118-128.
  23. Mehnert R, Klenert P, Prager L. Low-energy electron accelerators for industrial radiation processing. Radiat Phys Chem. 1993;42(1-3):525-529. doi: 10.1016/0969-806X(93)90302-B
  24. Baba T, Kaneko H, Taniguchi S. Soft electron processor for surface sterilization of food material. Radiat Phys Chem. 2004;71(1-2):209-211. doi: 10.1016/j.radphyschem.2004.03.079
  25. Imamura T, Miyanoshita A, Todoriki S, Hayashi T. Usability of a soft-electron (low-energy electron) machine for disinfestation of grains contaminated with insect pests. Radiat Phys Chem. 2004;71(1-2):213-215. doi: 10.1016/j.radphyschem.2004.03.080
  26. Imamura T, Todoriki S, Miyanoshita A, Horigane AK, Yoshida M, Hayashi T. Efficacy of soft-electron (lowenergy electron) treatment for disinfestation of brown rice containing different ages of the maize weevil, Sitophilus zeamais Motschulsky. Radiat Phys Chem. 2009;78(7-8):627-630. doi: 10.1016/j.radphyschem.2009.03.058
  27. Rami Reddy PV, Todoriki S, Miyanoshita A, Imamura T, Hayashi T. Effect of soft electron treatment on adzuki bean weevil, Callosobruchus chinensis (L.) (Col., Bruchidae). J Appl Entomol. 2006;130(6-7):393-399.
  28. Cutrubinis M, Delincee H, Stahl M, Roder O, Schaller HJ. Erste ergebnisse zum nachweis einerelektronenbehandlung von mais zur beizung bzw. entkeimung und entwesung. Gesunde Pflanzen. 2005;57(5):129-136. doi: 10.1007/s10343-005-0074-y
  29. Cutrubinis M, Delincee H, Stahl M, Roder O, Schaller HJ. Detection methods for cereal grains treated with low and high energy electrons. Radiat Phys Chem. 2005;72(5):639-644. doi: 10.1016/j.radphyschem.2004.03.089
  30. EVONTA - Service Gmb H. Available at: www.evonta.de (Accessed 07.11.2019).
  31. Hayashi T, Okadome H, Toyoshima H, Todoriki S, Ohtsubo K. Rheological properties and lipid oxidation of rice decontaminated with low-energy electrons. J. Food Prot. 1998;61(1):73-77. doi: 10.4315/0362-028X-61.1.73
  32. Todoriki S, Hayashi T. Disinfection of seeds and sprout inhibition of potatoes with low energy electrons. Radiat Phys Chem. 2000;57(3-6):253-255. doi: 10.1016/S0969-806X(99)00389-8
  33. Hayashi T, Takahashi Y, Todoriki S. Low-energy electron effects on the sterility and viscosity of grains. J Food Sci. 2006;62(4):858-860. doi: 10.1111/j.1365-2621.1997.tb15472.x
  34. Isemberlinova AA, Poloskov AV, Egorov IS, Kurilova AA, Nuzhnyh SA, Remnev GE. Influence of a pulsed electron beam on the sowing quality of wheat. Key Eng Mater. 2018;769:172-180. doi: 10.4028/www. scientific.net/KEM.769.172
  35. Loy NN, Sanzharova NI, Gulina SN, Suslova OV, Chizh TV, Vorobyov MS, et al. Evaluation of the effect of pre-sowing electron irradiation of barley seeds on plant development and disease incidence. J Phys Conf Ser. 2021;2064012101. doi: 10.1088/1742-6596/2064/1/012101
  36. Loy NN, Sanzharova NI, Gulina SN, Vorobiyov MS, Koval NN, Doroshkevich SY, et al. Influence of electronic irradiation on the affection of barley by root rot. J Phys Conf Ser. 2019;1393012107.
  37. Doroshkevich SY, Artyomov KP, Tereshchenko NN, Zyubanova TI, Vorobyov MS, Akimova EE, et al. Presowing treatment of spring wheat seeds by a pulsed electron beam in the atmosphere. High Energy Chemistry. 2021;55(4):326-332. (In Russ.). doi: 10.31857/S0023119321040069
  38. Loy NN, Sanzharova NI, Gulina SN, Suslova OV. Influence of electronic radiation on radio resistance of phytopathogenic microflora of cucumber. Rossiiskaia selskokhoziaistvennaia nauka. 2021;(4):47-50. (In Russ.). doi: 10.31857/S2500262721040104
  39. Loy NN, Sanzharova NI, Gulina SN, Vorobev MS. Influence of electronic radiation of seeds of grain crops on their resistance to damage of root rot. In: Nuclear and physical technologies in agriculture and food industry: conference proceedings. 2020. p.346-350. (In Russ.).
  40. Todoriki S, Kikuchi OK, Nakaoka M, Miike M, Hayashi T. Soft electron (low energy electron) processing of foods for microbial control. Radiat Phys Chem. 2002;63(3-6):349-351. doi: 10.1016/S0969-806X(01)00588-6
  41. Aisala H, Nygren H, Seppänen- Laakso T, Heiniö RL, Kießling M, Aganovic K, et al. Comparison of low energy and high energy electron beam treatments on sensory and chemical properties of seeds. Int Food Res J. 2021;148:110575. doi: 10.1016/j.foodres.2021.110575
  42. Markova YA, Alekseenko AL, Kramarskiy AV, Savilov ED. Plants as an element of environmental chain circulation of pathogenic for human bacteria. Siberian Medical Journal (Irkutsk). 2012;114(7):11-14. (In Russ.).
  43. Fan X, Sokorai K, Weidauer A, Gotzmann G, Rogner FH, Koch E. Comparison of gamma and electron beam irradiation in reducing populations of E. coli artificially inoculated on mung bean, clover and fenugreek seeds, and affecting germination and growth of seeds. Radiat Phys Chem. 2017;130:306-315. doi: 10.1016/j. radphyschem.2016.09.015

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».