近日，华南理工大学现代食品工程研究中心孙大文院士团队以“Dual-band terahertz metamaterial sensor integrated with deep learning for synergistic identification of red wine varieties”为题，在《Chemical Engineering Journal》（IF2024：13.2，JCR一区，中科院一区）期刊发表了研究性论文（DOI：10.1016/j.cej.2025.166006）。华南理工大学孙大文院士为本文唯一通讯作者，华南理工大学蒲洪彬副教授为论文共同作者，华南理工大学博士研究生余静孝为论文第一作者。

 太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术面临一个重大挑战：在检测含水及基质复杂的食品产品时灵敏度较低。为了克服上述限制，孙大文院士团队设计了一种双频太赫兹超材料（THz-MM），结合权重因子法成功实现了花青素和单宁的浓度预测。目前，多数研究者专注于复杂结构的设计，而非数据分析。为了从大量的数据中提取有价值的信息，本研究基于AEFCNN和ResNet7模型的融合模型（A-Add-R）在识别不同红葡萄酒品种方面效果显著。综上所述，本研究构建了双频THz-MM传感器，并将其与融合1D和2D特征的深度学习（DL）模型相结合，以协同方式实现红葡萄酒品种的识别。这不仅验证了THz-MM与DL结合用于复杂基质液体食品质量检测的可行性，还为解决红葡萄酒假冒伪劣问题提供了新的检测技术。

Fig. 1. The process schematic of the dual-band THz-MM sensor combined with a DL model fusing 1D and 2D descriptors for synergistic identification of red wine varieties.

Fig. 2. (a) Acquisition process of the dual-band THz-MM spectra. (b) Anthocyanin content and (c) tannic acid content of red wines. Spectra and sensitivity of low and high resonance peaks based on the (d1, d2 and d3) anthocyanin and (e1, e2 and e3) tannic acid. (f) Weight coefficient, sensitivity of the (g) anthocyanin and (h) tannic acid based on the weight factor method.

Fig. 3. Schematic of (a)structured and (b) unstructured descriptors. (c) Distribution and (d) division of descriptors. Significance analysis of the (e) LPF, (f) LPT, (g) LFWHM, (h) LPA, (i) LQF, (j) HPF, (k) HPT, (l) HFWHM, (m) HPA, (n) HQF and (o) correlation analysis.

 Fig. 4. Loss, accuracy and confusion matrix of (a1, a2 and a3) AEFCNN, (b1, b2 and b3) VGGNet6, (c1, c2 and c3) ResNet7, (d1, d2 and d3) A-Con-R and (e1, e2 and e3) A-Add-R models. A-Con-R denotes the model with AEFCNN and ResNet7 in Concat mode. A-Add-R denotes the model with AEFCNN and ResNet7 in Add mode.

课题组前期相关研究成果：

[1] Yu, J., Pu, H., & Sun, D.-W.* (2025). An advanced deep learning-driven terahertz metamaterial sensor for distinguishing different red wines. Chemical Engineering Journal, 504, 158177. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.158177.

[2] Yu, J., Pu, H., & Sun, D.-W.* (2025). Stacked long and short-term memory (SLSTM) - assisted terahertz spectroscopy combined with permutation importance for rapid red wine varietal identification. Talanta, 291, 127650. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2025.127650.

[3] Yu, J., Pu, H., & Sun, D.-W.* (2025). Fast real-time monitor of rice grains infested with Sitophilus oryzae based on terahertz imaging combined with machine learning. Food Control, 176, 111290. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2025.111290.

[4] Pu, H., Yu, J., Luo, J., Paliwal, J., & Sun, D.-W.* (2024). Terahertz spectra reconstructed using convolutional denoising autoencoder for identification of rice grains infested with Sitophilus oryzae at different growth stages. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 311, 124015. https://doi.org/10.1016/j.saa.2024.124015.

[5] Pu, H., Yu, J., Sun, D.-W.*, Wei, Q., & Li, Q. (2023). Distinguishing pericarpium citri reticulatae of different origins using terahertz time-domain spectroscopy combined with convolutional neural networks. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 299, 122771. https://doi.org/10.1016/j.saa.2023.122771.

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.166006

作者信息：

 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）。欧洲科学院（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 Akademia Nauk）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。

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收录的期刊论文超过800篇，出版专著17部，Web of Science统计的学术h指数为128，SCOPUS统计的学术h指数为141，Google Scholar 统计的学术h指数为166。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01月）在Web of Science网站上可以检索到的文章中，共有407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40篇，JCR一区论文350篇，影响因子大于6的289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7%和42%。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，为华南理工大学入选食品科学与工程“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99件（其中第一发明人专利69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）。

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