纸盒无菌包装是食品无菌包装的主要形式之一,具有易成型、阻隔性强、机械强度高、热封性好等优势,目前已工程化应用的包装结构主要为三角型、枕型、砖型、钻石型、屋顶盒型;其中屋顶盒具有独特顶部屋顶造型结构,长期以来被应用为巴氏杀菌牛奶的包装。为进一步拓展屋顶盒的应用,近年来工程界开始尝试将其推广应用于长货架期、常温保存产品的包装,但其特殊纸盒结构成型工艺致使现有包装材料灭菌工艺无法满足产品包装要求,为此亟待开展基于屋顶盒无菌灌装机的预成型包装结构灭菌工艺研究,以此保证包装材料灭菌过程的安全可靠性,为生产长货架期包装液态产品提供基础与保障。课题基于屋顶盒无菌灌装生产工艺,开展纸盒内表面过氧化氢气溶胶灭菌、过氧化氢蒸汽灭菌过程的模拟与工艺优化;分析灭菌过程流体力学机理,模拟与比较获得相关优化灭菌工艺参数。同时,研究建立微生物挑战测试方法,计算并验证包装材料灭菌效率,进一步优化实际屋顶盒灌装机包装材料灭菌工艺。主要研究内容与研究成果如下:（1）基于屋顶盒内表面过氧化氢溶液雾化气溶胶灭菌过程模拟与工艺优化。结合空气助力雾化形成气溶胶原理建立包装材料灭菌过程数值模拟方法。首先模拟分析空气助力喷嘴雾化溶液过程,应用欧拉-拉格朗日模型设置雾化连续相与分散相,得到不同雾化时间及雾化空气压力条件下溶液液滴直径、喷雾形状等;通过实际条件下雾化形状的对比,验证所建模型的可靠性。其次,开展喷雾雾化灭菌过程模拟,分析灭菌剂气溶胶覆盖均匀性,比较不同规格纸盒间差异性影响。结果表明,250 m L纸盒存在底面过度灭菌、溶液覆盖残留量大的现象;而1000 m L纸盒存在底面灭菌不足、溶液接触量小等问题。最后,通过调整喷雾高度、雾化空气压力等喷嘴雾化参数的模拟结果,优化纸盒灭菌工艺,为屋顶盒灌装机包装材料过氧化氢气溶胶灭菌参数设置提供依据。（2）基于屋顶盒内表面过氧化氢混合蒸汽灭菌过程模拟与工艺优化。应用流体力学相关理论分析过氧化氢混合蒸汽的组分条件;结合过氧化氢、水、空气混合物蒸汽压关系得出不同组分比例下混合物气液平衡图,得到过氧化氢汽化、冷凝时的相变温度。开展过氧化氢混合蒸汽喷入不同规格屋顶盒灭菌过程仿真模拟,获得流体运动规律及速度、盒内不同组分质量分数与纸盒温度分布等结果。实验验证仿真分析有效性,通过人为接种污染微生物于包装材料表面,设置模拟条件参数灭菌后得出包装材料实际灭菌效率,结果表明模拟结果与实际结果具有良好的一致性。并以1000 m L屋顶盒为例,分析过氧化氢混合蒸汽温度、出口高度、出口直径对灭菌效率的影响,为优化其灭菌过程提供依据。（3）基于两种微生物挑战测试方法计算灭菌效率,优化包装材料灭菌工艺。试验研究过氧化氢溶液浓度、汽化过氧化氢蒸汽温度、汽化热空气压力以及紫外线照射时间对灭菌效率的影响;依据Box-Behnken原理设计响应面试验,建立包装材料灭菌效率回归模型,获得灭菌效率目标下最佳灭菌工艺参数并对其进行试验验证。采用微生物挑战测试方法确定包装材料灭菌效率,将嗜热脂肪芽孢杆菌孢子作为挑战测试微生物定量均匀涂布接种于屋顶盒包装材料内表面,应用平板计数法与最可能数（the Most Probable Number,MPN）法统计灭菌后材料表面孢子残留量,以接种孢子对数减少值（Log Cycle Reduction,LCR）表征灭菌效率。结果表明,过氧化氢溶液浓度与蒸汽温度、紫外线照射时间对灭菌效率影响显著,而汽化热空气压力的影响则不显著。当包装材料灭菌要求LCR值为5时,确定的优化工艺参数为过氧化氢溶液浓度8%、过氧化氢蒸汽温度230℃。