学术领航！北工商科研成果简报（20240702）

编者按

为展示学校高水平科研成果，激发全校师生的科研热情，科学研究院、党委宣传部联合推出《学术简报》栏目，定期推送各学科的最新科研成果，促进学科间的交流与合作，推动学校科研工作水平稳步提升。

食品与健康学院郭天洋和宋焕禄

关于茶汤酚类物质原位口腔代谢规律的研究成果

2024年2月，分子感官科学团队在国际期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》发表了题为《In Situ Oral Metabolism Analysis of Astringent Compounds in Tea by Paper Spray Mass Spectrometry, Electrospray Mass Spectrometry, Turbidimetry and Sensory Evaluation》的研究论文。

该文首先通过定量描述分析确定饮茶后口腔涩味强度随时间的变化规律，采用电喷雾质谱法鉴定茶汤酚类物质。然后基于体内实验研究饮茶后茶汤酚类物质在口腔唾液环境中的代谢规律，研究发现饮茶后茶汤酚类物质的口腔代谢是一个长时间的过程，并茶汤涩味的关键感知区域为舌面。此外基于体外实验探究茶汤酚类物质在体外唾液环境中的代谢规律，研究发现茶汤酚类物质与唾液蛋白的最佳反应时间30 min，反应时间的延长和高温会加强茶汤酚类物质和唾液蛋白之间的相互作用，但过高的反应温度也会破坏这种结合。

该研究结合感官评价法和纸喷雾质谱法开发了饮茶后茶汤酚类物质的口腔原位检测方法，可从口腔中准确采样。采用多种方法相结合从体内、体外两个角度分析酚类物质在唾液环境中的代谢规律，具有一定的创新性。该研究工作受到国家自然科学基金的资助（32102120和32172335）。

图A.茶汤中酚类物质的定性检测结果；B.饮茶后不同时间口腔内的酚类物质残留量；C.饮茶后不同口腔部位的酚类物质残留量；D.绿茶茶汤-唾液混合物不同反应时间下酚类物质的含量变化；E.绿茶茶汤-唾液混合物不同反应温度下酚类物质的含量变化

原文信息：Qiong Chen, Xin Guan, Zhibin Zhang, Xiaoduo Ma, Tianyang Guo*, Huanlu Song. In situ oral metabolism analysis of astringent compounds in tea by paper spray mass spectrometry, electrospray mass spectrometry turbidimetry and sensory evaluation. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2024, 72, 3654-3663.

DOI: 10.1021/acs.jafc.3c09258

食品与健康学院李秀婷

关于中国北方酱香型白酒轮次间微生物群落和风味的空间异质性的研究成果

2023年10月，国际期刊《Food Chemistry: X》发表了李秀婷教授课题组题为Spatial heterogeneity of microbiota and flavor across different rounds of sauce-flavor baijiu in Northern China》的研究论文。

酱香型白酒是我国传统酿造白酒的典型代表之一，其酿造工艺极其复杂而酒体酱香浓郁，风格十分独特。酱酒生产周期长达一年，包括七个轮次的堆积发酵与窖内发酵。窖内发酵结束后的酒醅经蒸馏形成七种不同风格的基酒。中国贵州、四川等南方地区为酱酒主产区，而其他地区如北京、天津、山东等地也生产具有鲜明北方地域特色的酱酒。目前酱酒主产区酿酒工艺过程以及酿酒原理层面的研究较多且较深入，而对于北方地区酱酒生产全年七轮次的堆积和窖内发酵过程中微生物的演替变化以及对基酒风味的影响尚未明晰。由此，解析北方酱酒鲜明地域特色的酿造机理，可帮助我们深入理解北方酱酒独特风格的形成原因进而探寻南北方酱酒的差异性根源。本研究着重于北京地区酱酒的生产过程，首次探究了北方酱酒全轮次发酵过程的微生物群落结构特点及与风味物质关联性，揭示了北方酱酒七个轮次基酒中的挥发性风味物质，明确细菌对于具有高贡献值的差异风味化合物的影响更为显著，并对南北方酱酒之间的差异根源进行了进一步探讨与解析，旨在为酱酒酿造机理的研究提供新的视角和基础数据。

该研究工作受到国家自然科学基金资助（31830069）。

原文信息：Yanfang Wu, Zhongfu Duan, Jialiang Niu, Hua Zhu, Chengnan Zhang, Weiwei Li, Xiuting Li*, Baoguo Sun (2023). Spatial heterogeneity of microbiota and flavor across different rounds of sauce-flavor baijiu in Northern China. Food Chemistry: X, 20, 100970.

DOI: 10.1016/j.fochx.2023.100970

食品与健康学院李秀婷团队

在《Food Bioscience》发表高水平论文

浓香型白酒是我国传统发酵白酒典型代表，其窖香浓郁、香味协调，深受消费者喜爱，产品市场占有率较高。目前，由于传统酿造工艺过程中影响白酒品质的重要微生物以及关键风味物质形成之间的内在关系尚未明晰，浓香型白酒生产很多环节仍延用粗放经验模式，效率低且批次稳定性差，品质提升难以实现，标准化工业化进展缓慢。研究证实，酿造过程中由微生物源酯合成酶催化酸醇酯化反应途径而生成的酯类物质是决定浓香型白酒风格与品质的关键，靶向生物强化或许是调控白酒发酵中微生物群落演替和风味代谢产物产生的有效途径之一。然而，由于浓香型白酒酿造过程中的微生物代谢生成乳酸、乙酸等酸类物质而形成的高酸性发酵环境，大多数外源添加的产酯功能微生物难以适应该环境，从而抑制己酸乙酯等重要风味物质的合成。因此，筛选高产己酸乙酯且具有高耐酸特性的功能微生物，进而有针对性地探究其对白酒酿造过程微生物群落演替以及风味物质生成的影响尤为重要。

本研究挖掘出一株高产己酸乙酯且具有高耐酸特性的Saccharomyces cerevisiae YS219菌株，构建浓香型白酒模拟发酵体系基础上利用该菌株对白酒酿造过程进行生物强化，探索浓香型白酒发酵过程中微生物群落演替和风味化合物变化的规律，深入分析重要微生物与风味化合物形成之间的相关性。研究发现，外源添加功能菌株Saccharomyces cerevisiae后浓香型白酒发酵过程微生物群落结构发生明显变化，重要风味化合物乙醇（35.967 mg/kg）和己酸乙酯（214.367 mg/kg）含量增加尤为突出。

该研究得到国家重点研发计划（2022YFD2101401）的资助。

原文信息：Qiu, F.H., Du, B.H., Zhang, C.N., Zhu, L.N., Yan, Y.T., Li, W.W., Leng, W.J., Pang, Z.M., Li, X.T., & Sun, B.G. (2024). Effects of Saccharomyces cerevisiae on microbial community and flavor metabolites in solid-state fermentation of strong-flavor Baijiu. Food Bioscience, 59, 103925.

 https://doi.org/10.1016/j.fbio.2024.103925

食品与健康学院李秀婷团队

《Journal of Agricultural and Food Chemistry》封面文章报道木聚糖酶领域最新进展

本研究首先通过分子动力学模拟预测了Streptomyces rameus L2001木聚糖酶XynA的N端柔性位点，利用序列比对分析了这些位点在优异水解特性和热稳定性的木聚糖酶中所对应的保守氨基酸残基，采用合理设计构建了突变体库，研究了突变体的热稳定性和催化活性。本研究基于前期深入探讨定位到对于GH11木聚糖酶催化活性及热稳定性具有重要作用的保守序列11YHDGYF16，利用单点及多点组合突变的策略，探究了不同位点对XynA热稳定性的影响，整合各有效位点构建组合突变体，突变体在90°C下孵育12 h，其残余酶活性超过85%，是本领域迄今为止热稳定性最好的突变体酶，实现了酶的热稳定性与催化活性双重提升的改造目标。本研究以此突变体为对象，首次深入探讨了GH11木聚糖酶热稳定性及催化活性能够同时提升的分子机制，对于木聚糖酶等水解酶类的催化基础理论形成重要的补充。

原文信息：Qiuhua Wu#, Chengnan Zhang#, Wenqi Dong, Hongyun Lu, Yue Yang, Weiwei Li, Youqiang Xu, and Xiuting Li*, Simultaneously Enhanced Thermostability and Catalytic Activity of Xylanase from Streptomyces rameus L2001 by Rigidifying Flexible Regions in Loop Regions of the N‑Terminus, Journal of Agricultural and Food Chemistry. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.3c03871

轻工科学与工程学院刘昕彤

于顶级学术期刊发表学术论文

在本研究中，Cu/C3N4-BiVO4 (CCN-BVO)三元体系显著提高了甘油选择性氧化制备高值化学品二羟基丙酮(DHA)的催化效果。同时，CCN-BVO还具有较强的环境催化作用，在2小时内对液相有机污染物的分解效果可达到90%以上。CCN-BVO具有优越的活性氧物种（ROS）生产能力，特别是能产生具有催化选择性的1O2，这是其具有优异催化效果的主要原因。本研究还通过DFT计算从理论上确定了甘油催化的反应路径，为后续高效催化材料的设计提供了理论依据。

该研究发表在中科院一区期刊《Chemical Engineering Journal》上，影响因子15.1。

计算机与人工智能学院马振辉

发表高水平学术论文

马振辉教授近期在国际高水平期刊《Advanced Materials》（IF=29.4）上发表学术论文：《The Electron Migration Polarization Boosting Electromagnetic Wave Absorption Based on Ce Atoms Modulated yolk@ shell FexN@ NGC》

论文使用FexN作为可磁性调节的磁核，通过改变FexN@NGC (x = 2-4) 纳米颗粒中N的百分比，实现了磁损耗能力的调控。进一步在NGC壳表面修饰了Ce原子进行调控介电性能，得到了FexN@NGC/Ce复合材料，在这个过程中作者通过改变Ce的浓度可以实现FexN@NGC/Ce偶极位点密度的调控。同时，在FexN@NGC/Ce中，Ce单原子主要为+3价，而团簇/CeO2颗粒中为Ce4+，二者的电负性差可使电子从Ce3+转移到Ce4+，实现了对电子迁移极化的调控。最终，在Fe4N@NGC/CeSA+Cs+NPs中实现了电子迁移极化、偶极极化和磁损耗的协调调控，获得了优异的电磁波吸收性能。这项工作提出了一种新颖的电磁波损耗机制，是现有电磁波损耗机制的重要延伸。

原文信息：Ma Zhenhui, Yang Ke, Li Da, Hui Shengchong, Jiang Yuying, Li Siyuan, Yang Wang, Wu Hongjing and Hou Yanglong, The electron migration polarization boosting electromagnetic wave absorption based on Ce atoms modulated yolk@shell FexN@NGC. Advanced Materials，2314233.

https://doi.org/10.1002/adma.202314233

计算机与人工智能学院石文天

于顶级学术期刊Journal of Manufaturing Processes发表学术论文

该文章具体研究了选择性激光熔化（SLM）钛合金工件后的制孔精度和表面质量，对孔加工进行了切削加工模拟和实验研究。具体分为无预制孔直接铣削、SLM成型预制孔铣削和SLM成型预制孔钻孔三种工艺方法，对比研究了孔的尺寸精度、表面形貌，以及切削力和刀具磨损，分析了切屑和毛刺形成机理。该研究利用ABAQUS有限元软件建立SLM钛合金工件具有塌陷、粘性粉末、无熔孔等特征的几何模型，并基于Johnson-Cook失效准则进行切削仿真分析，研究不同孔径和切削速度下的应力分布和切削力变化规律;然后以直径φ1 mm、φ3 mm的孔为单位进行孔加工实验，研究结果表明：铣SLM成型预制孔的表面质量较好，表现为毛刺尺寸更小、切屑型更稳定、刀具磨损更小、孔尺寸更好、整体成型质量最好;SLM成型预制孔的平均误差率最小，为1.458%，尺寸精度提高了67.3%，但毛刺尺寸较大，表面质量稍差。在相同孔径下，较高的切削速度和较低的材料去除率所获得的轴向力较小。实验结果验证了仿真分析的准确性和效度，仿真结果的平均误差为8.4 %。

该期刊由Elsevier出版社主办，系中科院SCI大类分区一区期刊，影响因子6.2。本文由计算机与人工智能学院石文天教授第一作者，张小青通讯作者发表，该研究工作受到国家自然科学青年基金（51975006，51505006）、国家重点研发项目（2022YFC2406000）的持续资助。

计算机与人工智能学院

韩剑与石文天团队

在国际机械Top期刊Journal of Manufacturing Processes 发表文章

增材制造的钛合金部件常用于航空航天、生物医学等领域，对加工精度和表面质量要求极高。通过研究不同刀具在不同切削条件下的加工效果，可以找出最优的工艺组合，提高加工效率和制品质量。这对于提高钛合金加工效率和质量、降低生产成本、保护环境以及推动制造技术创新等方面都具有重要意义。

本研究依照黑曼巴蛇腹部的鳞片图案在刀具表面织构出一种仿生微织构纹理，对比了仿生微织构刀具、普通刀具和传统凹坑织构刀具在不同切削工艺下加工L-PBF制备的TC4工件性能。结果表明，在微量润滑切削条件下，仿生织构刀具提升工件表面质量最佳（仿生织构刀具加工后的工件表面粗糙度提高了99.12%），消耗的切削力达到最低值（仿生织构刀具消耗的切削力比普通刀具低31.54%），刀具磨损程度最小（仿生织构刀具的刀具磨损形貌极其微小）。本研究有助于推动传统切削技术向高效、环保的方向发展，为制造业带来新的技术革新。

本论文《Comparative study on cutting performance of different micro-texturing milling tools for preparing the L-PBF-formed TC4 workpieces》是计算机与人工智能学院机械系韩剑副教授与石文天教授团队发表在Journal of Manufacturing Processes，该期刊为中科院一区Top期刊， IF：6.2。

原文信息：Jia, S.L., Han, J.*, Liu Y.D., et al. (2023). Comparative study on cutting performance of different micro-texturing milling tools for preparing the L-PBF-formed TC4 workpieces. Journal of Manufacturing Processes, 108, 596-609.

https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2023.11.013

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来源丨科学研究院

编辑丨学通社 王馨悦

责编丨吴慧中

审核丨王远芳

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