爱尔兰国立都柏林大学(UCD)孙大文院士在国际食品权威期刊发表综述：面向食品无损光谱定量增强的深度神经网络框架
近日，爱尔兰国立都柏林大学（UCD）孙大文院士课题组在食品领域的国际权威期刊《 Trends in Food Science & Technology 》 (IF=15.4) 在线发表题为 “Deep Neural Network Frameworks (DNNFs) for Enhanced Non-destructive Spectroscopic Quantification in Foods: From Hybrid Pipelines to End-to-End Modelling” 的综述文章，系统地阐述了深度神经网络框架（DNNFs）提升食品体系非损光谱定量分析应用，爱尔兰国立都柏林大学（UCD）孙大文院士为本文唯一通讯作者。
定量分析旨在确定食品中关键成分和质量指标的含量，以支持质量控制、营养评估和安全监测。无损光谱技术提供快速测量，只需少量样品准备，并有可能实现在线监测，包括红外光谱（IR）、拉曼光谱、荧光光谱、太赫兹时域光谱（THz-TDS）和超光谱成像（HSI），后者整合了空间和光谱信息。这些技术在多个层面上表征食品样品，为后续化学计量学和深度神经网络框架（DNNFs）的开发提供了多维信息基础。然而，工业规模的采用仍然面临挑战。高维光谱通常包含冗余信息，增加了计算负担。食品基质也会引入散射和其他干扰，因此光谱变化可能反映物理结构，而不是真正的成分变化。传统的化学计量学方法，如偏最小二乘回归（PLSR）和主成分回归（PCR），是可解释的，但它们依赖于手工制作的预处理，并且通常基于线性假设。相比之下，DNNFs可以直接从光谱或光谱立方体中学习非线性表示，提高复杂环境中的自动化和可扩展性。
因此，本文综述了DNNFs在改进食品非破坏性光谱定量分析方面的研究进展。本文介绍了广泛应用于食品定量分析的非破坏性光谱技术和DNN架构。随着从混合管道到端到端建模的演进，本文回顾了DNNFs在预处理、特征学习、回归建模和端到端管道中的作用，以及它们在涉及营养成分、污染物和理化质量指标任务中的代表性应用。
在特定场景下，先进 DNNFs 相比传统化学计量学方法可表现出显著优势，能够自动学习光谱特征并捕获复杂非线性关系，尤其在存在显著非线性结构、时空依赖性或多组分混合体系的任务中。这些能力显著提升了跨食品基质的预测精度、鲁棒性与模型泛化性。基于 DNNFs 的端到端策略进一步降低了对人工预处理的依赖，为复杂工业环境下的食品质量实时智能监测提供了可行路径。可扩展、可解释且鲁棒的 DNNFs 持续发展，有望加速非损光谱定量技术在食品工业的实用化进程。
图1. 基于深度神经网络框架的光谱定量分析过程
https://doi.org/10.1016/j.tifs.2026.105834
通讯作者简介
孙大文（Da-Wen Sun），男，广东省潮州人，欧洲历史上唯一的华侨华人“六院院士”，中国致公党第十四/十五届中央委员，中国侨联特聘专家，国务院侨务办公室专家咨询委员会委员，全国政协特邀海外列席代表和海外列席组召集人（2012）。欧洲人文和自然科学院（Academia Europaea）院士，爱尔兰皇家科学院（Royal Irish Academy）院士，波兰科学院（Polska AkademiaNauk）外籍院士，国际食品科学院（IAFoST）院士，国际农业与生物系统工程科学院（iAABE）院士，国际制冷科学院院士。施普林格国际著名期刊《食品与生物加工技术》（Food and Bioprocess Technology）创刊者和主编（2008年创刊时即被SCI收录，第二年进入SCI一区，现影响因子=5.3）、泰勒弗朗西斯集团《现代食品工程》 (Contemporary Food Engineering) 系列丛书创始主编、国际农业工程委员会（CIGR）主席（2013-2014）和荣誉主席、国际农业与生物系统工程科学院（iAABE）创院院长。现任华南理工大学教授，博导，现代食品工程研究中心主任；广东省农产品智能冷链物流装备工程实验室主任、广东省冷链食品智能感知与过程控制工程技术研究中心主任、广东省现代食品工程国际科技合作基地主任、广州市农产品智能感知与品质控制重点实验室主任、广东省食品智能质控与过程技术装备国际暨港澳台合作创新平台主任、广东省现代农业（农产品无损检测及精深加工）产业技术研发中心主任、广东省农产品品质智能感知与精准控制现代农业科技创新中心主任、广东省农产品保鲜物流共性关键技术研发创新团队首席科学家、爱尔兰国立都柏林大学（UCD）食品和生物系统工程终身教授。
荣获国际农业与生物系统工程委员会（CIGR）杰出奖，英国皇家机械工程师学会“食品工程师年度人物”，凤凰卫视“影响世界华人大奖”，国际食品保护协会“冷冻食品基金会冷冻研究奖”，国际工程与食品协会终身成就奖，“CIGR荣誉主席”等多项国际大奖。
多次以海外华侨华人杰出代表身份受邀参加国家重大庆典活动，包括中国人民抗日战争胜利70周年、建国70周年、抗战胜利80周年等重大阅兵观礼；并自国庆63周年（2012年）起至今，经常受邀出席于人民大会堂举行的国务院国庆招待会（最高规格国庆活动，俗称“国宴”）。
在世界著名杂志和国际会议上共发表了1300多篇论文，其中，以通讯作者发表并被SCI收录的期刊论文约900篇，出版专著17部，Web of Science统计的学术h指数为139，SCOPUS统计的学术h指数为154，Google Scholar 统计的学术h指数为177。特别是在高光谱成像、计算机视觉、真空冷却、超声波辅助冷冻和CFD模拟等方面的论文已经成为其他研究者的经典参考文献。71篇论文入选ESI农学“高被引论文”，全球排名第一位（2020.01）。2015年至2024年连续十年荣获科睿唯安全球“高被引科学家”称号，并位居美国斯坦福大学“全球前2％科学家”排名中国食品科学与工程入选的三百多位学者名单的第一位。
2011年底起回到华南理工大学工作以来，迄今为止（2025年12月）在Web of Science网站上可以检索到的文章中，共有456篇是以华南理工大学食品科学与工程学院作为第一作者单位的论文，其中高被引论文33篇，JCR一区论文401篇，影响因子大于6的333篇。高被引论文数占华南理工大学全校和食品科学与工程学院的比例分别为2.6%和34.7%。其中2篇入选中国百篇最具影响国际学术论文，为华南理工大学唯一入选的两篇论文。为华南理工大学食品科学与工程“双一流”以及食品学科专业的全球领先排名做出了主要贡献。
主持国家“十二五”科技支撑计划项目，国家“十三五”重点研发专项，国家国际科技合作专项，国家自然科学基金，东西部合作重大项目，广东省科技厅，农业农村厅，教育厅等科技计划项目，广州市科技计划项目，企业合作项目等四十多项。授权中国发明专利106件（其中第一发明人专利72件），美英日等发明专利10件，申请国际PCT专利9项。2019年至2024年共为华南理工大学培养科睿唯安全球“高被引科学家”11人次。荣获2014年度广东省科学技术奖一等奖（排名第二），2016年度教育部科技进步奖二等奖（排名第一），2016年度广东省科学技术奖三等奖（排名第一）, 2018年度中国轻工业联合会科学技术进步奖一等奖（排名第二），2018年度广东省科技进步奖一等奖（排名第一），2020年度安徽省科技进步奖二等奖（排名第三）。
更多信息请访问网址： http://www.ucd.ie/sun/; http://www2.scut.edu.cn/acfe/
为系统提升我国食品营养与安全的科技创新策源能力，加速科技成果向现实生产力转化，推动食品产业向绿色化、智能化、高端化转型升级，由北京食品科学研究院、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，合肥工业大学、安徽省食品行业协会、安徽大学、合肥大学、合肥师范学院、北京工商大学、中国科技大学附属第一医院临床营养科、安徽粮食工程职业学院、皖西学院、滁州学院、蚌埠学院共同主办的“ 第六届食品科学与人类健康国际研讨会 ”，将于 2026年8月15-16日（8月14日全天报到） 在 中国 安徽 合肥 召开。
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