Технологии обнаружения пестицидов – обзор рынка и проблемы отрасли

В мире наблюдается взрывной рост рынка технологий обнаружения остатков пестицидов в пищевом и сельскохозяйственном секторах. Ожидается, что с 2023 по 2032 год среднегодовой рост мирового рынка детекторов пестицидов составит 5,2% и к 2032 году достигнет 4,8 миллиарда долларов по данным платформы CustomMarketinSights. Причем, важность подобного рода лабораторных услуг возрастает с каждым днем.

Эти аналитические инструменты очень важны для защиты здоровья людей и окружающей среды от опасного воздействия остатков ХСЗР, в том числе и у нас, в России, где нередкими являются случаи превышения остаточных доз пестицидов в продуктах питания, а также наблюдаются случаи массовой гибели пчел.

Учитывая актуальность темы, мы постарались выяснить:

• В каких направления движется международный рынок технологий контроля пестицидов?
• Какие новые методики обнаружения остатков д.в. СЗР появились в России?
• Почему аграрии не доверяют данным наших лабораторий?
• Как снизить риски превышения остатков пестицидов в сельхозпродукции и защитить опылителей?

В глобальном масштабе рынок технологий контроля пестицидов в сельхозпродукции растет по ряду причин. Среди них повышенное внимание к экологической безопасности в большинстве стран мира и снижение использования ХСЗР. Потребители сосредоточенны на своем здоровье и употреблении «чистой» пищи, они хотят быть уверены в качестве и безопасности продуктов питания.

Расширение сфер востребованности технологий контроля пестицидов тоже способствует росту рынка. Сегодня они нужны не только в АПК, но и в фармацевтике, косметологии и других областях. Появился и ряд новых методик обнаружения остатков пестицидов, что тоже способствует развитию этого направления.

Наибольшим спросом сейчас пользуются приборы, которые позволяют находить сразу несколько действующих веществ пестицидов. Они занимают 23% среди всех продаваемых на рынке. Их использование экономит время и деньги по сравнению с тестированием на каждый пестицид в отдельности. Также такое оборудование помогает обнаружить даже небольшие дозировки пестицидов в различных образцах, включая продукты питания и почву.

Решения для мгновенного обнаружения д.в. ХСЗР также популярны и занимают примерно 18% рынка.

Возрастает спрос на переносные и портативные детекторы остатков пестицидов, котрые обеспечивают удобство для полевых инспекторов, предлагая быстрые результаты без необходимости транспортировки образцов в лабораторию. Часто они оснащены удобными интерфейсами и могут интегрироваться со смартфонами или планшетами для управления данными.

Стационарные детекторы пестицидов также очень востребованы. Как правило, это более сложные приборы, используемые в лабораторных условиях, которые обеспечивают точный и всесторонний анализ остатков действующих веществ СЗР. Последние тенденции в области настольных детекторов включают автоматизацию рабочего процесса, более высокую пропускную способность для размещения больших объемов проб, усовершенствование аналитических возможностей и повышенную чувствительность.

Последние тенденции автоматизации включают интеграцию в процесс робототехники, автоматизацию подготовки проб и программное обеспечение для анализа данных. Эти усовершенствования направлены на сокращение ошибок и увеличение скорости анализа остатков пестицидов.

Что касается методов выявления остатков пестицидов, то используются различные подходы. В том числе, газовая, жидкостная и тонкослойная хроматографии, масс-спектрометрия, электроаналитический метод, электрохимические датчики, химические и биосенсоры, спектроскопические методы, спектрофотометрия, иммуноферментный абсорбирующий анализ и другое.

Развитие технологий позволяет в настоящее время проводить анализ на пестициды без повреждения образцов, в том числе методом инфракрасной спектроскопии и тестировать образцы на месте.

Также аналитики CustomMarketinSights представили прогноз развития рынка технологии на будущие десять лет по странам:

• США 4.60%,
• Германия 4.50%,
• Китай 6.20%,
• Индия 7.40%.

В Соединенных Штатах ожидается среднегодовой рост на 4,60% до 2034 года. Компании обеспокоены тем, что на них подадут в суд или обвинят в проблемах со здоровьем, вызванных пестицидами. Чтобы защитить себя, они используют более совершенные технологии обнаружения пестицидов. Использование новых технологий, помощь на государственном уровне и продажа продукции за рубеж буду способствовать росту рынка в США.

В Европе нормативные акты также становятся все более жесткими, что требует применения усовершенствованных детекторов для обеспечения соответствия требованиям.

В Азиатско-Тихоокеанском регионе заметной тенденцией является быстрое внедрение детекторов остатков пестицидов в странах с формирующейся рыночной экономикой. Сельскохозяйственный сектор в таких странах, как Китай и Индия модернизируется, а фермеры все больше уделяют внимание качеству выращенной продукции.

Кроме того, наблюдается рост исследований и разработок по созданию экономически эффективных и удобных в использовании детекторов, адаптированных к потребностям азиатских рынков.

Рынок детекторов остатков пестицидов высококонкурентный, работает большое количество производителей и розничных продавцов по всему миру. Крупнейшие игроки нрынка:

• Thermo Fisher Scientific Inc,
• Agilent Technologies Inc,
• PerkinElmer Inc,
• Shimadzu Corporation,
• Waters Corporation.

Компании-новички а мировом рынке – стартапы AgroScout и Pesticide Data предлагают недорогие детекторы с возможностью развертывания в полевых условиях и платформы анализа данных, позволяющие фермерам получить доступ к передовому тестированию.

Крупнейший игрок на мировой рынке детекторов – американская компания Thermo Fisher Scientific – производитель научного оборудования, приборов, расходных материалов, услуг и программного обеспечения для обнаружения различных веществ. Штаб-квартира расположена в городе Уолтем, США. В списке мировых предприятий-гигантов она занимает 120-е место по размеру выручки (данные Forbes Global за 2022 год).

Лидеры мирового рынка выполняют тестирование для крупных заказчиков, имеют разветвленную дистрибьюторскую сеть и необходимую техническую базу, а также инвестируют значительные средства в исследования и разработки, создавая высокочувствительные детекторы.

Работа компании направлена не только на сферу сельского хозяйства и выявление остатков ХСЗР. Thermo Fisher Scientific выполняет заказы для горнодобывающих, металлоплавильных, энергетических предприятий. В портфеле производителей также есть решения для анализа клеток и культур, экспрессии генов, редактирования генома, секвенирования и многого другого.

Технологии обнаружения остатков пестицидов в России также активно развиваются. За последний год отечественные ученые разработали и представили ряд новых методов выявления д.в. ХСЗР.

В феврале 2024 года специалисты ФГБУ «ВГНКИ» презентовали две методики количественного определения глифосата и аминометилфосфоновой кислоты (АМФК) в сырье растительного происхождения и объектах окружающей среды: почве и почвогрунтах, поверхностных и подземных водах. Они позволяют определять эти соединения без их предварительной дериватизации, что снижает затраты и время на анализ образца.

Кроме этого, по инициативе Россельхознадзора Федеральным центром охраны здоровья животных (ФГБУ «ВНИИЗЖ») разработана методика измерений пестицидов в овощах, фруктах, зеленой массе, вегетативных частях растений, сухофруктах, ягодах и специях хромато-масс-спектрометрическими методами.

Разработка позволяет определять более 700 действующих веществ пестицидов и получать достоверные результаты при измерении их остаточного содержания в растениях на поле и в подморе пчел.

В случае наступления гибели насекомых это особенно важно, поскольку часто пострадавшая сторона испытывает трудности при доказательстве причинно-следственной связи с конкретным случаем применения пестицидов и установлении виновного лица.

Новое оборудование пополнило также лабораторию Тамбовского филиала ФГБУ «Центр оценки качества зерна». Газовый хроматограф «Хроматек – Кристалл 5000» в комплекте с масс-спектрометрическим детектором способен повысить качество работы по исследованию остаточного количества пестицидов в зерне и продуктах его переработки.

В прибор загружена электронная библиотека всех известных на сегодняшний день пестицидов. Данные, которые получают специалисты при исследовании зерна и продуктов его переработки, сопоставляются или идентифицируются с заложенными в ПО хроматографа характеристиками веществ, что позволяет по молекулярной массе точно классифицировать пестицид.

Программа сопоставляет исследованную молекулярную массу остаточного вещества с «библиотечным» спектром. Превышение установленных норм по содержанию остаточных пестицидов в зерне и продуктах его переработки прослеживаются по выстроенным графикам на мониторе компьютера.

Отмечается, что характеристики нового газового хроматографа российского производства (Йошкар-Ола) не уступают мировым аналогам. Однако публикации о разработках наших ученых не вызвали особого энтузиазма у аграриев. Более того, многие скептически отнеслись к этим новостям. В чем причина их недоверия?

К сожалению, пестициды нередко становятся причиной массовой гибели пчел в России. Один из последних случаев произошел в Алтайском крае и имел большой общественный резонанс. Пчеловоды обратились в региональный филиал «Центра оценки качества зерна», чтобы с помощью лабораторных исследований определить, применение какого пестицида стало причиной гибели насекомых.

Специалисты центра исследовали 11 проб подмора пчел и установили, что в тельцах насекомых содержится популярный инсектицид фипронил в количестве 0,045 – 0,130 мг/кг. Этот же препарат был выявлен в пробах зеленой массы злаков, пшеницы, подсолнечника и цветущих сорняков, взятых на соседних с пасекой полях – 0,005…0,007 мг/кг, а в пробе вегетативных частей рапса было выявлено гораздо большее остаточное количество пестицида – 0,346 мг/кг.

Однако не все истории с гибелью пчел имеют внятный финал для их участников. Часто фермеры и пчеловоды выясняют отношения в суде, речь идет о значительных суммах компенсаций, но далеко не всегда бывает получен четкий ответ на вопрос о содержании в растительных остатках или тельцах пчел действующих веществ ХСЗР.

Пчеловоды, пострадавшие от массового отравления пчел, конечно же, надеются найти справедливость, а также быстро определить виновника гибели пчел. Но на практике выяснить правду не так легко. Вот что сообщил юрист, специализирующийся на таких делах.

Владислав Силаков из Омской области рассказал о трехлетнем опыте взыскания ущерба, причиненного пчеловодам в результате ненадлежащего использования пестицидов. В среднем такие судебные разбирательства идут два года, пишут «Коммерческие вести».

Говоря о судебной практике, юрист отметил, что не совсем доверяет лабораториям, поскольку провел эксперимент, который дал неприятные результаты. С одного поля рапса отобрали несколько проб, которые одновременно отправили в Омский референтный центр и несколько других лабораторий. И только некоторые из них обнаружили в рапсе фипронил, что свидетельствует о проблемах с методиками обнаружения, качеством приборов и уровнем квалификации наших специалистов.

Аграрии, которым часто тоже необходим такой анализ, тоже говорят о недостоверности результатов экспертизы на наличие остатков пестицидов.

Некоторым оправданием такого разочарования может послужить недавнее исследование российских ученых «Анализ на основе ингибирования ферментов для оценки вклада компонентов рецептуры в действие коммерческих пестицидных составов». В Сибирском федеральном университете разработали новый метод оценки токсичности коммерческих пестицидов. По словам учёных, методика учитывает влияние добавок на свойства препарата и будет полезна в работе государственных регулирующих органов.

Исследователи отмечают, что оценка рисков, связанных с использованием пестицидов, является высокоприоритетной задачей. Анализ на основе ингибирования ферментов используется в этом исследовании как удобный и быстрый инструмент для изучения действия пестицидов на молекулярном уровне. Вклад формул в токсикологические свойства пестицидных составов был изучен путем анализа влияния 7 активных ингредиентов пестицидов и 10 коммерческих составов на их основе на функционирование широкого спектра систем ферментного анализа.

Результаты исследования демонстрируют, что «инертные» ингредиенты могут значительно усиливать ингибирующий эффект пестицидных составов; следовательно, их использование следует контролировать более строго. Различные анализы, проведенные в ряде исследований, убедительно продемонстрировали разницу между действием только активных ингредиентов (AIA) и компонентов пестицидных составов (AIF). Гербицидные, фунгицидные и инсектицидные составы могут быть более токсичными, чем их активные ингредиенты.

Например, растворители и добавленные вспомогательные вещества в значительной степени способствовали токсическому действию гербицидной композиции Focus® Ultra (с циклоксидимом в качестве активного ингредиента) на амфибий. Данные, представленные в исследовании Строу и Брауна, свидетельствуют о том, что токсичность фунгицида Амистар® (с азоксистробином в качестве активного ингредиента) для пчел в основном вызвана этоксилатами спирта.

Обширный систематический обзор, проведенный Nagy et al, показывает, что более чем в 50% исследований, проанализированных авторами, сообщалось о более высоких уровнях токсичности пестицидных составов по сравнению с их активными ингредиентами.

Составы потенциально способны изменять свои собственные токсические свойства и реакционную способность по мере продвижения по трофическим путям, становясь еще более опасными для организмов, не являющихся мишенью.

Косвенный вклад компонентов рецептур в токсичность был показан для ракообразных D. magna, светящейся бактерии P. leiognathi, зеленой микроводоросли P. subcapitata, обыкновенной лягушки R. temporaria, кольчатого червя E. albidus и брюхоногого моллюска H. бугорчатый.

Таким образом моно предположить, что причиной гибели насекомых могут быть не только д.в. ХСЗР, но и другие ингредиенты составов современных препаратов для защиты растений.

Одним из важных способов минимизации загрязнения пестицидами сельскохозяйственных земель является соблюдение регламента их применения, а также покупка разрешенных препаратов у надежных поставщиков.

Как рассказали специалисты Алтайского филиала ФГБУ «Центр оценки качества зерна», сейчас в России допускается использование неоникотиноидов первого класса опасности для пчел, включая:

• ацетамиприд,
• имидаклоприд,
• клотианидин,
• тиаклоприд,
• тиаметоксам,
• абамектин,
• диметоат.

Эти вещества могут применяться на сельхозкультурах до начала фазы цветения растений.

Также важно, чтобы пчеловоды активно взаимодействовали с аграрными компаниями и различными организациями для минимизации опасностей от пестицидов и создания условий, благоприятных для насекомых.

Что касается проблем отечественного рынка технологий обнаружения пестицидов, то наши ученые отмечают, что существует проблема контроля по определению пестицидов в окружающей среде и продуктах питания. Сложность их осуществления связана с необходимостью проведения качественной пробоподготовки, устаревшими методиками и приборами, нехваткой специалистов.

В последнее время наметились тенденции развития технологий и технического переоснащения лабораторий. Специалисты разработали ряд новых методик обнаружения пестицидов. Будем надеяться, что это позволит повысить эффективность работы наших контролирующих учреждений.