«Суперсила» ионизирующего излучения: делать еду безопасной


Текст: Анна Мартынова

Современный Росатом — это не только ЯОК и АЭС. Ядерные технологии могут найти применение во многих отраслях промышленности. И находят. Главное — обеспечить нормативную базу для их использования. Например, обработка продуктов питания ионизирующим излучением практикуется в мире много лет. В России все готово к технологическому прорыву в этой области, говорят эксперты. Осталось только завершить формирование нормативной базы и доказать общественности безопасность технологии.


Фото: Росатом, Flickr/IAEA
В сентябре в Калужской области был открыт первый в России центр радиационной обработки продуктов, построенный на средства частных инвесторов. Объем инвестиций составил 700 млн руб., производительность предприятия — 30 тыс. тонн продукции в год.

Проект реализует команда российских ученых и бизнесменов при поддержке Академии наук РФ, Агентства стратегических инициатив и Корпорации развития Калужской области. Появление частных центров радиационной обработки продуктов питания свидетельствует о возрастающем интересе бизнеса к перспективной технологии, сказал АЭ заместитель директора ООО «Атоммед» Александр Молин.

Радиолиз — химическое превращение вещества под действием ионизирующего излучения — уже много лет служит человеку, широко применяется для получения модифицированных полимеров, стерилизации медицинских материалов и изделий, а также для многих других целей.

В случае с продуктами питания «суперсила» ионизирующего излучения в том, что оно подавляет развитие и размножение микроорганизмов: бактерий, вирусов, плесени, а также насекомых-вредителей. В результате еда становится более безопасной и дольше хранится без использования высоких температур и обработки химическими веществами.

Об актуальности этой технологии для пищевой промышленности свидетельствует статистика. В докладе международной Продовольственной и сельскохозяйственной организации ФАО ООН, опубликованном в 2014 году, говорится, что в среднем в мире портится 30 % произведенных продуктов (около 1,3 млрд тонн). В том числе 40–50 % фруктов, овощей и корнеплодов, 20 % мяса и 35 % рыбы. Ежегодно почти треть продуктов пропадает вследствие порчи. Миллионы людей страдают от желудочно-кишечных инфекций, передающихся через еду и воду. Для России эти проблемы также актуальны: по экспертным оценкам, от 20 до 40 % овощей и фруктов в РФ не доходят до потребителя из-за того, что портятся по дороге.

Директор ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии» (ВНИИРАЭ) Наталья Санжарова отмечает, что сегодня для переработки и хранения сырья и продукции широко применяется их химическая обработка, что сопряжено с негативными побочными явлениями: наличием остаточных количеств химических токсикантов в продукции, отрицательным влиянием на здоровье людей, загрязнением окружающей среды, сложностью обращения с токсичными препаратами, их высокой стоимостью. Технологический прорыв в области обработки продукции невозможен без внедрения эффективных и экологически безопасных технологий с применением физических факторов воздействия, в частности, ионизирующих излучений, уверена она.
В мире
В мире требования к радиационной обработке продуктов и сельскохозяйственного сырья определяют Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (ФАО ООН), ВОЗ и МАГАТЭ. Один из ключевых документов — Codex Alimentarius — свод международных пищевых стандартов, принятых ФАО ООН и ВОЗ.
С середины ХХ века
Изучение возможностей применения ионизирующих излучений для обработки продуктов питания началось в середине 1940-х годов. Тогда национальные программы развития радиационных технологий были разработаны во многих развитых странах, таких как СССР, США, Великобритания, Бельгия, Канада, Франция, Нидерланды и Германия.

В Советском Союзе этой темой занимались довольно подробно: в 1950–1970-х годах в стране был проведен масштабный комплекс исследований, заложивших научные основы применения радиационных технологий в пищевой промышленности. В результате Минздрав СССР с 1958 по 1983 год разрешал радиационную обработку овощей, фруктов, мяса, рыбы, консервов, муки и прочих продуктов. Употребление обработанных продуктов в пищу допускалось без ограничений.

Сегодня в мире работает порядка 500 центров по облучению, более половины из которых расположены в Азиатско-Тихоокеанском регионе (276) и более трети (175) — в Китае. В 69 странах разрешена радиационная обработка более 80 видов продукции. Около 40 стран проводят облучение продуктов питания. По оценкам экспертов, мировой рынок услуг по облучению продуктов питания и сельскохозяйственной продукции несколько лет назад превысил $2,3 млрд, а к 2020 году он достигнет более чем $4,8 млрд.
Российский опыт
Россия в этой области имеет хорошие конкурентные перспективы. В РФ есть многочисленные современные научные разработки и уже работающие технологии. Установки, позволяющие обрабатывать продукты питания, есть во ВНИИРАЭ, Институте ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН), в Московском радиотехническом институте РАН и ряде других организаций.

В Москве на базе одного из предприятий Росатома, АО «НИИТФА», уже много лет работает гамма-установка, на которой осуществляется коммерческая обработка некоторых видов пищевых продуктов. Производством таких гамма-установок и сопутствующего оборудования также занимается АО «НИИТФА». Гамма-установки производства российской атомной отрасли работают во Вьетнаме, Бангладеш, Португалии, а вскоре будут поставлены в Боливию.

Другое предприятие Росатома, АО «НИИЭФА им. Д. В. Ефремова», производит в Санкт-Петербурге ускорители электронов, используемые для радиационной обработки медицинских изделий, сухих продуктов питания и лекарственных средств.

Правда, в отличие от частного центра компании «Теклеор» в Калужской области (в котором создан полный логистический цикл обработки), в научных институтах источники ионизирующего излучения широкопрофильные, не имеющие специфической технологической оснастки для пищевой продукции. Например, на установках ИЯФ СО РАН также стерилизуют одноразовые медицинские изделия.

Новосибирский Институт ядерной физики изготавливает ускорители частиц, используемые для радиационной обработки, уже много лет, рассказал АЭ заведующий научно-исследовательской лабораторией ИЯФ Сибирского отделения РАН Александр Брязгин. «Мы предлагаем различные схемы обслуживания. Можно установить ускоритель на предприятии для обработки продукции его производства. Можно сделать центр по обработке, который будет принимать продукты от разных производителей. Бизнес-модели уже отлажены на примере ускорителей для стерилизации медицинских изделий», — сказал он.

Во ВНИИРАЭ на модернизированной гамма-установке ГУР‑120 отработаны режимы облучения для основных видов пряностей, сушеных трав, какао-порошка, а также сушеных и свежих овощей, рассказала нам Н. Санжарова. Результаты доступны для коммерциализации, причем годовой объем обработанной продукции может составить более 700 тонн. Установка ВНИИРАЭ используется как для проведения научных исследований, так и для выполнения заказов частных фирм, причем портфель заказов на радиационную обработку специй от различных компаний существенно превышает производственную мощность гамма-установки института, отметила она.

Кстати, специи, сухие овощи и фрукты составляют примерно половину всего объема облучаемых в мире продуктов. Дело в том, что эти продукты наиболее загрязнены микробами, а обработка их другими методами сложна и затратна. Обычно используют окуривание окисями этилена или пропилена, причем для оптимальных результатов необходим определенный уровень влажности исходных продуктов. И даже при соблюдении всех этих условий окуривание не уничтожает плесень полностью. Оно проводится в несколько этапов, так что требует десятков часов для каждой партии товара. Облучение ускоренными электронами — в разы выгоднее, говорится в статье руководителя Секции сохранения пищевых продуктов в Объединенном отделе ФАО/МАГАТЭ Яна Ван Коэй, опубликованной в бюллетене МАГАТЭ.

Установки ИЯФ СО РАН достаточно дорогие. Стоимость одной, по словам А. Брязгина, — миллионы долларов. Срок ее окупаемости — несколько лет. Для зарубежного рынка такие сроки возврата инвестиций нормальны, поэтому ускорители были куплены многими зарубежными странами: Китаем, Южной Кореей, Польшей, Индией, Малайзией, Индонезией, США и другими. Институт поставил в различные страны более 150 ускорителей, отметил эксперт.

Но и в России радиационная обработка продуктов имеет экономический смысл. Расчеты экономистов показывают, что стоимость облучения упакованного куриного мяса составляет около 3 руб. за килограмм, сказал А. Брязгин. Цена зависит от вида товара и может различаться в разы, поэтому решение об обработке того или иного вида пищевой продукции надо принимать в каждом случае отдельно.

Активно развивает данное направление в настоящее время и ГК «Росатом», преимущественно в рамках зарубежных поставок. Проектами по созданию центров облучения продукции в структуре госкорпорации занимается учрежденный в начале 2017 года отраслевой интегратор «Русатом Хэлскеа». Сегодня большинство запросов на поставку радиационного оборудования, будь то гамма-установки или ускорители электронов, поступает с зарубежных рынков. В частности, в активной фазе находятся переговоры с партнерами из Филиппин, Ирана и Бразилии, сообщили нам в пресс-службе «Русатом Хэлскеа».

Росатом планирует строительство таких центров и на территории России. Один из них в качестве пилотного проекта был построен в Подмосковье, в городе Лыткарино, где используется ускоритель электронов с энергией частиц 10 МэВ. С его помощью стерилизуют медицинские изделия, а также обрабатывают специи и травы с целью обеззараживания и продления срока годности.
Многофункциональные электроны
Радиационная обработка — это облучение продуктов питания пучком заряженных частиц, сформированным ускорителем электронов. Ионизирующее излучение воздействует на биологические молекулярные структуры клеток и жидкие среды микроорганизмов, нарушая их функционирование.

«Излучение относительно высокой энергии проникает вглубь объекта и убивает болезнетворные микроорганизмы. Происходит обеззараживание», — пояснил А. Брязгин. При этом сам облучаемый продукт остается безопасным, о чем свидетельствуют данные многочисленных мировых исследований. Продукты не становятся радиоактивными: электроны обладают слишком малой энергией, чтобы взаимодействовать с ядрами атомов.

Обработка ионизирующим излучением направлена на то, чтобы продукты были безопасны для человека в части микробиологической загрязненности, патогенной микрофлоры и гнилостных бактерий. Однако технология не восстанавливает качество испорченных продуктов, поэтому процесс облучения не может исключить или заменить соблюдение гигиены и практику доброкачественного изготовления пищевых продуктов, отметили в компании «Теклеор».

Используется ионизирующее излучение трех видов: электронное, тормозное рентгеновское и гамма-излучение. В качестве излучателей применяют, во‑первых, закрытые герметизированные капсулы, содержащие источники гамма-излучения на основе 60Со или 137Cs; во‑вторых, установки, генерирующие рентгеновское излучение с энергией не более 5 МэВ; в‑третьих, ускорители электронов с энергией не более 10 МэВ. Именно такие уровни энергий закреплены в российских и международных нормативных документах и проверены на безопасность ВОЗ и ФАО.

У каждого источника есть свои преимущества. Например, электронные ускорители генерируют излучение только при подключении к электропитанию. Выключенная установка полностью безопасна, в то время как гамма-излучатели необходимо определенным образом утилизировать.

Радиационные технологии в пищевой промышленности применяют не только для микробиологического обеззараживания сырых и готовых продуктов. Второе направление их использования — задержка процессов прорастания картофеля, лука и других корнеплодов при их хранении. Третье — замедление процесса созревания свежих фруктов и овощей в ожидании коммерческой реализации. Четвертое — стимуляция роста семян в целях повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Пятое — борьба с насекомыми-вредителями (в том числе как карантинная мера при межгосударственной торговле). По сравнению с обычными методами для достижения этих целей радиационные технологии требуют меньших затрат энергии, позволяют заменить или резко снизить применение пищевых консервантов, фумигантов и других химических препаратов, отмечает Н. Санжарова.

Результат обработки зависит от поглощенной дозы излучения. Например, для замедления прорастания картофеля или лука достаточно поглощенной дозы 0,03–0,1 килогрей (кГр), говорится в статье Я. Ван Коэй. Для стерилизации насекомых-вредителей и паразитов или их уничтожения — 0,03–5 кГр. Для снижения в миллион раз количества вегетативных бактерий, плесени и грибка достаточно 1–10 кГр, а для такого же эффекта в случае высушенных или замороженных бактерий — 2–20 кГр. Снижение в миллион раз количества вирусов обеспечивается поглощенной дозой в 10–14 кГр. Дозы до 5 кГр способны поражать патогенные организмы в пищевых продуктах, такие как сальмонеллы, золотистый стафилококк, вибрионы, вызывающие наиболее серьезные заболевания.

Кроме того, ионизирующее излучение может использоваться для обеззараживания природной воды, радиационной очистки бытовых, промышленных и сельскохозяйственных сточных вод. В Институте физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН исследуют возможности использования ускоренных электронов в целях переработки биомассы в жидкое топливо или топливные компоненты. Перспективное инновационное направление — разработка технологий для утилизации остаточных количеств пестицидов.
Комментарий эксперта

Марина Белоконева,
руководитель проекта Проектного офиса по управлению проектами развития бизнеса ГК «Росатом»:

— В госкорпорации «Росатом» в рамках развития новых направлений бизнеса реализуется проект создания сети многофункциональных центров облучения. Сейчас разрабатываются типовые проекты центров облучения для поставок готовых решений заказчикам. Отраслевой интегратор направления — компания «Русатом Хэлскеа» — может стать поставщиком технологических решений и услуг оператора таких центров. Безусловно, российский рынок обработки продуктов питания, как и зарубежный, имеет высокий потенциал: территория нашей страны обширна, и множество отдаленных районов нуждаются в доставке свежих продуктов даже при значительном транспортном плече. Эти услуги могут понадобиться и зерновым трейдерам, позволяя сократить потери, и поставщикам другой сельскохозяйственной продукции.

Важнейший момент для реализации потенциала российского рынка — доработка нормативной базы, создание соответствующих регламентов. Преимущество экспертов «Русатом Хэлскеа» основано не только на знании производственных аспектов, но и на опыте коммерциализации данной технологии на базе действующего центра облучения, понимании запросов и потребностей клиентов.

Отраслевой опыт создания и эксплуатации ускорителей электронов и гамма-установок, производственные возможности, а также рыночные перспективы технологии и сформированная команда проекта дают нам основания рассчитывать на успех данного направления.

Нормативная база почти готова
В России разрешена радиационная обработка продуктов, хотя нормативная база пока сформирована не полностью, говорят эксперты. По словам А. Молина, принимающего непосредственное участие в разработке различных НПА в этой области, основной пакет необходимых стандартов для гармонизации с международной практикой был переведен и впервые вынесен на рассмотрение Росстандарта в 2011–2012 годах.

По словам эксперта, практическое формирование современной нормативной базы в России началось с инициативного предложения ООО «Теклеор», направленного в адрес вице-премьера Аркадия Дворковича в августе 2014 года, после введения продовольственных антисанкций. Данный вопрос был рассмотрен на заседании президиума Совета при Президенте Российской Федерации по модернизации экономики и инновационному развитию России 24 ноября 2014 года. В результате ведомствам дали поручения разработать стандарты радиационной обработки сельскохозяйственного сырья и готовой продукции, а также гармонизировать российские документы с международной практикой.

В России сегодня введен целый пакет различных ГОСТов, говорит А. Молин. Ключевой из них — ГОСТ ISO 14470–2014 «Радиационная обработка пищевых продуктов». Это полный аналог международного стандарта ISO 14470, принятого в 107 странах. «Этот стандарт — основополагающий общий нормативный документ, регулирующий все аспекты процесса радиационной обработки пищевой продукции. Он одобрен Евразийским советом по стандартизации, метрологии и сертификации и принят к действию на территории стран, входящих в Содружество независимых государств», — пояснил эксперт. Введен в действие межгосударственный ГОСТ (33339–2015), содержащий основные технические требования к процессу радиационной обработки пищевых продуктов.

С 1 января и с 1 июля 2017 года начали действовать еще четыре стандарта, в которых содержатся руководства по облучению конкретных групп продуктов: фруктов и овощей, пряностей и приправ, упакованных мясных полуфабрикатов, а также мяса. С 1 февраля 2019 года вступит в силу стандарт, касающийся обработки рыбы и морепродуктов.

Также принят ГОСТ, закрепляющий требования к маркировке подобной продукции. Он базируется на международной практике, в которой облученную продукцию помечают специальным знаком — схематичным изображением растения, вписанного в окружность; верхняя половина окружности выполнена пунктирной линией. Информация об облучении должна быть помещена рядом с наименованием продукта. Надписи могут быть разными: «Радиационно обработано», «Облучено» или «Обработано ионизирующим излучением».

Осталось принять поправки к техническому регламенту Таможенного союза «О безопасности пищевой продукции», говорит А. Брязгин. Сейчас техрегламент запрещает допуск на рынок Таможенного союза некоторых видов облученных продуктов (мяса птицы, домашних кроликов, конины, яичного порошка, меланжа, альбумина). Этот запрет был введен фактически без оснований, считает Н. Санжарова. Кроме того, формулировки в документе неоднозначно трактуются в России, так как, по сути, в нем нет прямого запрета на сам процесс радиационной обработки.

По мнению А. Брязгина, в Техрегламенте необходимо четко прописать правила обработки, например, запрет на использование пучка электронов с энергией свыше 10 МэВ, как это сделано в Codex Alimentarius. После того как поправки в Технический регламент будут внесены, в России не останется никаких препятствий для широкомасштабного внедрения метода радиационной обработки продуктов. Кроме одного — радиофобии.
Пугающее облучение
Уже упоминавшееся калужское предприятие компании «Теклеор» не просто так называют Центром антимикробной обработки продуктов, а не Центром облучения продуктов, например. Радиофобия в обществе достаточно сильна, отмечают эксперты, поэтому часто используются термины-синонимы: «обработка ускоренными электронами», «гамма-обработка», «электронная или радиационная обработка». После аварий на Чернобыльской АЭС и АЭС «Фукусима‑1» радиофобия стала фактором, сдерживающим внедрение радиационных технологий в сельском хозяйстве и пищевой промышленности, констатирует Н. Санжарова.

В 2010 году в Татарстане проводилось облучение сельскохозяйственной продукции, вспоминает главный редактор портала Atominfo Александр Уваров. Люди были крайне обеспокоены и выступили против, эксперимент пришлось свернуть. Эксперты отмечают: для понимания научно обоснованных аргументов требуется определенный уровень технического образования. Протест, основанный на эмоциях и страхах, легче и охотнее воспринимается широкими кругами общественности.

Облучение само по себе не может быть опасным или безопасным, все зависит от источника и уровня энергии. Например, большинство людей не отказываются от рентгенографии или компьютерной томографии, хотя при этом подвергаются облучению. Не отказываются и от досмотра в аэропортах с помощью специальных средств.

Кроме того, люди постоянно подвергаются воздействию ионизирующих излучений из-за того, что естественные радионуклиды повсеместно распространены в природе. «Естественные радионуклиды (40К, 238U, 232Th и другие) присутствуют в наших телах, в пище, которую мы едим, в местах, где мы работаем и живем, в почвах и в продуктах питания, которые мы потребляем. Эти радионуклиды обусловливают фон природного излучения и каждодневное его воздействие», — говорит Н. Санжарова. Источником природной радиоактивности является и воздух. При облучении продуктов и сельскохозяйственной продукции в результате фотоядерных реакций в пренебрежимо малых количествах образуются радионуклиды наведенной активности, уровень воздействия которых более чем в 10 тыс. раз меньше естественного природного радиационного фона, добавляет она.

Эксперты уверены: необходимо проводить масштабную разъяснительную работу в обществе, доказывая на основе научных исследований безопасность и эффективность облучения продуктов.
Сделать стратегию
Для полномасштабного развития данного направления в России очень пригодилась бы государственная стратегия научно-технологического развития радиационных технологий и их внедрения в сельском хозяйстве и пищевой промышленности, говорят эксперты. Она позволила бы заняться рядом задач как на фундаментальном уровне (исследования), так и на прикладном (внедрение).

ФГБНУ ВНИИРАЭ направлял предложения по развитию и внедрению радиационных технологий в Минсельхоз для включения в Федеральную научно-техническую программу развития сельского хозяйства на 2017–2025 годы. Ответа от министерства пока нет, сообщила Н. Санжарова.

Однако научные институты не ждут у моря погоды. По инициативе НИИРАЭ и Института ядерной физики им. Г. Н. Будкера в 2016–2017 годах был создан комплексный план научных исследований «Радиационные агробиотехнологии в сельском хозяйстве и пищевой промышленности (АГРОРАД)». В этом плане объединены программы работ 23 участников. Исследования направлены, в числе прочего, на доказательство безопасности продуктов после обработки ионизирующим излучением. Участники проекта надеются на поддержку со стороны Федерального агентства научных организаций (ФАНО России).

Общий вывод, который делают эксперты, таков: развитие радиационных технологий в агропромышленном комплексе России будет способствовать продовольственной безопасности РФ, в том числе решению задач в области импортозамещения.

С учетом накопленного теоретического и практического опыта работы с ионизирующим излучением, рынок услуг по облучению в РФ готов к технологическому прорыву, считают эксперты. Осталось лишь завершить формирование нормативной базы и доказать общественности безопасность технологий.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ НОМЕРА