在全球咖啡贸易中，产地不仅决定风味与品质，更直接影响市场价格。然而，产地标签造假等问题长期困扰行业。近日，东莞理工学院等科研团队提出一种融合先进光谱技术与人工智能的新方法，实现了咖啡产地的高精度、可解释识别，为食品溯源提供了新的技术路径。相关成果发表于《食品化学X》（Food Chemistry：X）。
该研究以复杂有机体系中痕量元素分析为切入点，创新构建了“靶增强双脉冲激光诱导击穿光谱（DP-LIBS）+特征融合卷积神经网络（CNN）”协同框架。研究团队通过引入高纯碳酸氢钾靶材，实现等离子体耦合与二次能量注入，有效提升了光谱信号强度和稳定性，突破了传统单脉冲LIBS灵敏度不足的瓶颈。
“我们不仅关注信号增强，更重视信息如何被有效利用。”论文通讯作者、东莞理工学院电信工程与智能化学院讲师何小勇表示。针对传统方法依赖人工特征提取、难以应对高维光谱数据的问题，研究团队提出了特征融合策略，将完整光谱信息与统计特征（如峰值数量、平均强度等）进行统一编码输入深度学习模型，实现了对复杂谱图的自动表征与判别。
该研究实验选取中国云南、哥伦比亚、肯尼亚和埃塞俄比亚四种典型咖啡样品。结果显示，该方法的分类准确率和F1值均达到99.00%，显著优于传统机器学习算法（如XGBoost、PLS-DA等）。即使在较强噪声干扰条件下，模型仍保持94%以上的识别精度，展现出良好的工程应用潜力。
值得关注的是，该研究不仅停留在“能识别”，还进一步回答了“为什么能识别”。团队引入SHAP和Grad-CAM++两种可解释人工智能方法，对模型决策过程进行解析。结果表明，不同产地咖啡的判别并非依赖单一元素峰值，而是基于铁（Fe）、铬（Cr）、铜（Cu）、钾（K）等多元素协同特征的“指纹组合”，这一发现为食品地理溯源提供了明确的机理支撑。
此外，研究揭示了传统降维方法在该问题中的局限性。无论是PCA还是t-SNE，均难以直接区分不同产地样本，说明咖啡光谱中的关键信息往往被背景物理因素掩盖。相比之下，深度学习模型通过端到端训练，有效抑制了这些干扰，提取出真正具有判别意义的地球化学特征。
业内专家认为，该研究在分析化学与人工智能交叉领域具有代表性意义。一方面，它提升了激光光谱技术在食品安全中的应用深度；另一方面，通过引入可解释机制，增强了模型结果的科学可信度，有助于推动相关技术走向产业化应用。
研究团队表示，未来将进一步拓展该方法在茶叶、中药材等复杂食品体系中的应用，并结合在线检测设备，推动食品溯源技术向实时化、智能化方向发展。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.fochx.2026.103734
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