甜菜浓汁储存条件优化：温度与消毒处理对流体特性及制糖效率的影响研究

本研究针对热带气候下甜菜浓汁长期储存的技术难题，通过构建中试规模储存系统，探究温度(15/25/35°C)与三种消毒处理(天然β-酸、化学杀菌剂、物理隔离)对浓汁流变特性及品质的影响。研究发现浓汁在25°C测试时呈现膨胀性流体特性(1.0a为17.18-29.57 kJ/mol。采用消毒处理的样品在6个月储存后仍保持稳定的表观粘度(50 s-1)，证实了在炎热气候下延长制糖季节的可行性，为糖厂优化结晶工艺和管道设计提供了关键流变学参数。

　　

在制糖工业中，甜菜浓汁的储存是平衡季节性生产和全年需求的关键环节。传统上，寒冷地区糖厂通过"浓汁二次加工季"延长生产周期，但在炎热气候下，高温导致的微生物滋生和蔗糖降解成为技术瓶颈。随着全球糖消费量持续增长，特别是发展中国家需求激增，如何在不增加设备投资的前提下提升糖厂产能，成为产业界迫切解决的难题。这项发表在《Sugar Tech》的研究，首次系统评估了热带条件下甜菜浓汁长期储存的流变学演变规律。

研究团队在埃及亚历山大糖厂建立了包含12个80L储罐的中试系统，模拟工业储存环境。通过精密温控装置维持15/25/35°C三组储存温度，并设置三种处理方案：天然杀菌剂(40 ppm β-酸)、化学杀菌剂(40 ppm二甲基二硫代氨基甲酸钠)和物理处理(25% NaOH表面喷洒+空气隔离)。采用旋转流变仪(CC27转子)在25/55/85°C测试温度下测定剪切应力-应变曲线，结合Arrhenius方程计算活化能。每月监测pH、纯度及菌落总数(CFU)，通过16S rRNA测序鉴定优势菌种。

【流变特性与温度关系】研究发现储存浓汁呈现显著的温度依赖性行为：在25°C测试时表现为剪切增稠特性(流动指数n=1.04-1.15)，而在55-85°C转为剪切稀化(n=0.70-0.99)。这种转变源于高温下分子热运动增强导致的流体结构破坏。通过幂律模型拟合，稠度系数κ随测试温度升高呈指数下降，25°C时κ值(0.042-0.161 Pa·sⁿ)显著高于85°C(0.013-0.025 Pa·sⁿ)。值得注意的是，Arrhenius分析显示活化能E_a与储存温度正相关，35°C储存组的E_a最高达29.57 kJ/mol，反映高温环境下流体结构更稳定。

【储存稳定性评估】表观粘度(50 s^-1)分析显示，除35°C未处理对照组(TrC0)外，所有处理组在6个月储存后粘度变化不显著(p>0.05)。TrC0因微生物降解导致粘度下降23%，伴随pH从9.2降至7.3、纯度损失4.6%。聚类分析证实15/25°C储存组流变特性高度稳定，而35°C处理组(TrC1-3)通过消毒措施成功维持初始流变参数。这种稳定性对结晶工艺至关重要，因为粘度直接影响蔗糖分子扩散速率和晶体生长效率。

【微生物与化学变化】三因素方差分析表明处理方式对pH和纯度的影响最大(η²>0.99)。优势菌Bacillus paralicheniformis在35°C对照组中大量繁殖(350 CFU/mL)，产生乳酸导致品质恶化。而β-酸处理组即使35°C下也能将微生物控制在安全限值内(CFU<50)，证实天然杀菌剂在高温条件下的有效性。研究还发现，25% NaOH表面处理组(TrA3/TrB3/TrC3)pH升至10.5，形成碱性屏障抑制微生物。

该研究首次建立了热带气候下甜菜浓汁储存的流变学数据库，证实通过优化储存温度(25°C)配合消毒处理，可在不显著改变流体特性的前提下实现6个月稳定储存。提出的幂律模型参数(κ,n)和活化能数据，为糖厂设计管道系统和结晶罐提供了关键工程参数。特别是发现β-酸等天然防腐剂在高温条件下的有效性，为"绿色制糖"提供了新思路。这项成果使热带地区糖厂延长生产周期成为可能，据估算可提升年产能15-20%，对保障全球糖供应安全具有重要意义。