投影地图法在食品研究与开发中的研究现状

苏庆宇，常晓敏，刘雅冉，许晓青，李佳泽，朱雨萱，宋 昊，朱保庆,

（1.北京林业大学生物科学与技术学院食品科学系，林业食品加工与安全北京市重点实验室，北京 100083；2.雀巢研发（中国）有限公司，北京 100015；3.北京一轻研究院有限公司，北京 101111）

描述性分析（Descriptive Analysis，DA）是一种客观描述样品感官特征的方法[1]，在食品感官分析中应用广泛。为了增加描述性分析方法在工业应用中的可行性和实用性，提高描述性分析方法的效率，减少研究的成本[2]，研究人员开发了多种快速描述性分析方法[3]，投影地图法（Projective Mapping，PM）是其中一种[4]。

PM 方法来源于心理学，最初于1994 年被提出[4]，并作为描述性分析的一种辅助方法出现在Pagès 的文章中，直到2003 年Pagès 等[5-6]使用了Napping一词重新介绍了该方法（Napping 在法语中表示桌布），才得以广泛应用[7-9]。近年来PM/Napping 方法不断发展变化，衍生出不同的形式，主要包括：Napping 与超自选特性排序剖面法（Ultra-flash profiling，UFP）结合[5-6]；与归类法（Sorting）结合的归类Napping（Sorted Napping）法[10]；要求评价员重点感知样品的特定感官特征（外观、香气、口感或质地）的部分Napping 法（Partial Napping）[8,11]；参考极化感官定位方法（Polarized Sensory Positioning，PSP）[12]设计的极化投影地图方法（Polarized Projective Mapping，PPM）[13]以及结合了消费者喜好的偏好PM 法（Projective Mapping on Preference）[14]等。

本文系统的综述了PM 方法的实验流程、影响因素、数据分析、优缺点、衍生方法及其在食品行业的应用，并对PM 方法进一步的发展做出展望。

1 PM 方法介绍

1.1 实验流程和影响因素

开展PM 实验需要保证标准化的实验条件。首先，PM 需要在标准化的感官实验室中进行[15]。感官实验室应保证光线充足、通风良好，具备单独的感官实验间，尽量减少评价人员之间的讨论和干扰，并且可以根据PM 实验目的对实验室环境进行调整。评价人员参加实验前也会被要求避免使用带有香味的化妆品。

评价人员在评价样品时，需要根据实验要求观察样品外观、和/或嗅闻香气、和/或品尝口感，并根据样品间感官特征的相似性或差异性，在限定的二维空间上摆放样品的位置。样品摆放示意如图1 所示。

图1 PM 实验样品摆放示意图[16]Fig.1 Schematic diagram of sample placement of projective mapping experiment[16]

1.1.1 实验流程 一般会向评价人员提供用来摆放样品的空间（通常是一张白纸或网格纸），评价人员通过摆放不同的位置来展示样品之间的感官区别。为了避免繁冗的样品位置信息手工录入工作，近年来电子产品也被引入该实验，用来记录评价人员样品摆放位置的数据。需要预先告知评价员：如果她/他认为两个（或多个）样品的感官特征非常相似，则样品在空间上的距离应该非常近；反之，如果认为样品之间差异非常大，则它们之间的距离应该远离；应尽可能的完全利用所提供的限定空间来摆放样品；每个样品在空间上应该如何分布，需要评价人员凭借自己的感知去判断，不能提供提示。样品摆放好之后也可以要求评价人员依据自身感受到的某一个或某一组的样品的感官特征写下描述词（一般为3～5 个）；这些描述词可以为后续分析投影地图结果提供重要补充信息。

在以往的研究中，实验者使用过不同尺寸或规格的纸进行试验。Esmerino 等[17]选择A4（210 mm×297 mm）尺寸的纸用来获得100 位消费者在PM 实验中展示的希腊酸奶样品不同的空间位置。Moelich等[18]邀请10 位专业评价员使用规格为60 cm×40 cm的纸评价了12 款蜂蜜花草。Wilson 等[19]也选择了规格为60 cm×40 cm 的纸进行PM 实验，为研究各种香气挥发物对葡萄酒香气感知的复杂影响（掩盖或协同作用），邀请55 位经过训练的评价员对12 款葡萄酒进行评价。Ribeiro 等[20]使用了A3（297 mm×420 mm）尺寸的纸进行试验，邀请100 位消费者对12 款不同甜味剂配方酸奶的差异性进行评价。Orden 等[21]选择A2（420 mm×594 mm）尺寸进行PM 实验，邀请349 位消费者评价了9 款巧克力饼干。Hopfer 等[22]选择18 种红葡萄酒作为样品，着重研究了不同形状的纸（正方形与长方形）对PM 实验结果的影响，发现使用不同形状的纸，评价员摆放样品时的定位方式不同，结果也不同：如正方形的结果显示，样品在水平方向的区分度较小，而长方形由于水平维度更大，可以将样品间的差异更好的展示。一般来说，根据研究目的选择纸张的规格或形状。通常推荐纸张大小为60 cm×40 cm，但其他规格的纸只要满足研究目的且能为评价人员提供充足的摆放样品的空间，也可以用于实验[23]。

1.1.2 实验样品 在PM 实验中，实验样品由感官分析师提供给评价人员。所有的样品会同时摆放在评价人员面前的桌上，每位评价员面前的样品顺序是预先随机的，且样品一般应该用三位随机编码命名。样品为4～n 个，n 需依据实验目的与待评价样品的特点而定。Smith 等[24]邀请消费者在不同光照条件下评价6 款葡萄酒的口感特征，因为葡萄酒的口感复杂多样，评价较少的样品来提高实验结果的可靠性。Kim 等[25]为描述韩国发酵豆酱的感官轮廓，选用15 种豆酱进行试验，主要由于豆酱产品口感比较单一，研究者在一次实验中可以提供给评价人员较多样品。评价样品的个数也与评价人员的水平有关，样品之间的差异很小时，普通消费者很难识别出样品之间的相似性或差异性，该方法并不适用[26]。此外，由于PM 实验要求一次品尝全部样品，样品数量不宜过大[27]，否则会引起评价人员的感官疲劳，从而影响实验结果。

1.1.3 评价员 PM 实验所需评价人员的数量主要取决于样品特点和评价人员水平，通常在20～70 名之间，没有明确的数目限制。评价人员可以是经过培训的专业人员，也可以是普通消费者，一般根据实验目的和样品特点确定。Barcenas 等[28]分别邀请经过培训的评价人员与普通消费者对8 种羊奶奶酪进行PM 实验，结果发现：消费者个体差异很大，而培训会极大地降低评价人员个人能力的差异，经过培训的评价人员更具有可靠性，因此，在评价差异不大或对样品需要一定专业认知时，建议最好使用经过培训的评价员。此外，研究发现评价人员对样品的熟悉度也会影响实验结果。Kim 等[29]邀请消费者对韩国、中国和日本生产的15 种绿茶进行感官评价，结果显示与法国消费者相比，韩国消费者对绿茶比较熟悉，不仅能够根据产地和加工方法对样品进行鉴别，还会使用与茶烘焙方法相关的词语来描述样品，说明评价人员对样品的熟悉程度会影响其对样品的感知。Vidal等[30]研究香草甜点时发现通过增加实验次数或增加评价人员数量也可以提高PM 实验结果的稳定性。

1.2 数据收集与分析

实验结束后，可以得到评价员摆放的样品位置图，取一定点为坐标轴原点，建立平面直角坐标系，每个样品都有X 轴坐标值和Y 轴坐标值，如图2 所示。将样品全部评价人员的X 和Y 坐标值导入表格，如图3 所示，X1 和Y1 是评价人员1 的坐标，X2 和Y2 是评价人员2 的坐标，以此类推。可以利用多元统计方法分析这些数据构成的矩阵。

图2 样品坐标示意图[16]Fig.2 Schematic diagram of sample coordinates[16]

图3 PM 数据导出图Fig.3 Schematic diagram of PM data export

目前，能够用来分析PM 数据的分析方法主要包括广义普氏分析（Generalized Procrustes analysis，GPA）[31]、多重因子分析（Multiple factor analysis，MFA）[32-34]、INDSCAL 模型（Individual difference scaling，INDSCAL）[28,35]等。Nestrud 等[36]使用GPA 和MFA 分析，对经过培训的评价员和消费者评价13 款橘汁获得的数据进行分析，获得了相似的结果。也有研究发现GPA 揭示出的个体差异要小于MFA，而因MFA 能够提取大于2个以上的主成分使得该方法可能优于GPA[37]。Naes 等[38]使用INDSCAL 和MFA 两种方法分析模拟和真实的Napping 数据，结果发现这两种方法在前两个维度的分析上表现出了非常相似的结果。最近，Berget 与Varela[39]提出了一种新的PM 数据分析方法—顺序聚类旋转（Sequential Clusterwise Rotations，SCR），更加适合于对消费者进行分组，了解消费者的个体差异。

1.3 优缺点

PM 方法的优势如表1 所示。与两点检验、三点检验相比，PM 方法因为其独特的实验设计而更具有优势。在两点或三点检验中，随着产品量的增加，需要测评的次数会呈现类指数级的增加，导致消耗大量的实验时间，特别是评价人员会因此产生疲劳感进而影响实验结果的准确性。使用两点检验评价10 个产品，每位评价人员要进行45 次实验，而三点检验则要进行120 次；PM 则可以弥补这一缺点，可以在一轮实验中完成对10 个产品的评价，从而节省大量时间和成本。在进行PM 实验时，若选取差异较大的样品，一般可以快速得到准确且直观的结果[40]。

表1 PM 方法的优势与局限性对比Table 1 Advantages and limitations of projective mapping

PM 实验可以由经过训练的评价人员担任，也可以由消费者担任[41]。但消费者经验不足，所提供的描述词准确性会比较差，且结果的稳定性较差[26]。在实施阶段，PM 方法操作简单，可以快速灵活的对样品进行差异性判断[42]，且不需要得到专业的文字描述，评价样品高效省时，但相对于定量描述分析方法（Quantitative Descriptive Analysis，QDA）法，PM 的精确度会较差[43]。同时，PM 法需要一次实验评价全部样品，不能将实验分割，这也是制约PM 实验中样品量的原因之一[44]。

1.4 PM 与其他方法的比较及其衍生方法

从PM 被引入以来，不断有研究者将PM 与不同的感官分析方法进行了比较，如表2 所示。

表2 PM 与其他方法的比较[22]Table 2 Comparison of projective mapping with other methods[22]

Ares 等[7]分别用适合项勾选法（Check-all-thatapply，CATA）和PM 法来描述巧克力的特征，结果表明PM 法有助于确定消费者喜欢或不喜欢巧克力样品的驱动因素。Moelich 等[18]选择36 款蜂蜜花草茶，邀请了9 位专业评价员比较了DA（Descriptive analysis）与PM 两种方法，两种方法能得到相似的感官轮廓，评价人员使用PM 法可以获得蜂蜜花草茶完整的感官特征，这也证明PM 法是一种有效的感官分析方法。

Albert 等[2]使用QDA、FP 和PM 等三种感官分析方法评价产品的感官特征，结果表明：三种方法可以得到相似的结果；但QDA 所需的时间约为16 h，而FP 与PM 所需的总时间均为2 h。尽管QDA是一种非常精确的描述性分析方法，但培训和维护一个品评小组需要消耗较多的时间、精力和支出，这是制约研究者选择QDA 进行感官实验的重要原因之一；相对于QDA，PM 实验更加直观、灵活，允许未经培训的消费者参与，且能获得与QDA相似的结果。Esmerino 等[17]使用Pivot Profile（PP）法，CATA 法，PM 方法，邀请100 名消费者对7 种不同的希腊酸奶进行感官评价，三种快速感官方法能获得相似的结果。

PM 作为一种新型的快速感官分析方法自身也在不断地发展变化，近年出现的衍生方法如表3 所示。

表3 PM 及其衍生方法[25]Table 3 Projective mapping method and its derived methods

PM/Napping 与UFP 联用也是一种灵活的，可以快速获得产品关键感官特征的感官评价方法[49]。Perrin 等[50]使用了三种方法——Napping-UFP、常规剖面法（Conventional Profiling，CP）与FP 来描述葡萄酒的主要感官特征，证明Napping 与UFP 联用方法是最省时且易于提供葡萄酒特征的方法。

Torri 等[51]使用归类Napping 法评价9 种香醋，结果显示韩国消费者和意大利消费者均按照自己的文化背景将香醋进行分组：意大利消费者的描述词与欧洲美食文化相关，如奶酪、葡萄酒等；而韩国消费者的描述词则更多与亚洲饮食文化有关，如中药、红参等。与Napping 法相比，归类Napping 法的优点是可以收集评价员或消费者如何对产品进行分组，并描述所创建的样品组[52]。

Smith 与Mcsweeney[24]使用部分PM 与UFP联用的方法，选择6 种白葡萄酒作为实验样品，设计了4 组实验用来验证颜色是否会影响评价员对样品口感的评价，结果表明即使要求消费者只关注样品的口感特征，他们依旧受颜色与口感关联的影响，从而产生一些偏向性的描述词。部分PM/Napping 作为PM 方法的一种拓展，能更好的针对样品的某一感官特征，来验证一些因素对样品特定感官特征认知的影响[24]。Veinand 等[47]进一步研究发现部分PM 比整体PM 更适用于样本量较大的实验[53]。

PPM 是PM 的一种新形式，在PPM 中，“poles”是指在评价员摆放样品的纸上，有固定的、预先确定好位置的样品，这个样品作为实验的参考样提供给评价人员[13]。评价人员对比实验样品与参考样的相似与差异，将其摆放在“poles”周围。Horita 等[54]选用8 种不同配方的低钠香肠比较PPM 与DA 两种方法，PPM 与DA 相似的实验结果证明了PPM 方法的可靠性。Wilson 等[27]选择17 种南非白葡萄酒作为样品，比较了PM 与PPM 两种方法，结果表明两种方法能获得相似的结果。PPM 结合了PM 和PSP的主要特点，弥补了PM 实验中样品不能过于复杂或样品量不宜过大的问题[55]。一方面，PPM 实验具有分析大样本的能力，使用已知或评价人员/消费者熟知样品作为参考，直接比较来自多个实验的数据，弥补了PM 实验中样品量过大导致评价人员感官疲劳的缺点，并且可以加入新的实验样品，有效地增加了最大样本量[27]。另一方面，PPM 的主要缺点是在实验之前需要进行关于确定参考样品的先验实验，如QDA，并确定其在样品地图中的位置。PPM 另一个值得进一步考虑的问题是，预先确定的参考样品位置是否会影响评价人员的认知过程，从而影响感官空间[55]。

偏好PM 结合九点喜好标度，探究决定消费者喜好的驱动因素[56]。以面包为例，与经典PM 进行了比较，偏好PM 成功地从整体角度揭示了消费者喜欢和选择面包的驱动因素，根据消费者的偏好结果，总结出他们在现实生活中选择产品的主要驱动因素[56]。在基于选择和偏好的PM 实验中，样品的感官方面较少被关注，人们更多的关注消费者的偏好。通过这一方法，能够提供消费者对样品偏好的驱动因素。偏好PM 是一种适用于市场分析的有效工具，但这种方法的个体差异和群体行为会影响实验结果，应当进行进一步研究。

一些研究人员比较了基于喜好的PM（Hedonic Projective Mapping，H-PM）和基于感官的PM（Sensory-Projective Mapping，S-PM）两种方法。在H-PM 方法中，评价人员根据喜欢（不喜欢）样品原因的相似性对样品进行分组；在S-PM 方法中，评价人员将具有相似感官特征的样本分组[24]。H-PM 法是一种筛选样品的方法，但是该方法需要评价人员熟悉待评价的样品，判断出该样品是否适用于此方法，以减少由于样品的复杂性而产生的潜在错误，因此需要经过一定培训的评价人员进行实验[25]。

综上，Napping 与UFP 联用方法是能够有效的节省时间且易于提供产品的感官特征，有益于研究者更好的解释实验结果，适用于感官属性比较复杂的样品，如葡萄酒，茶等；归类Napping 法的优点在于研究者能够获得来自评价员或者消费者对样品的分类（分组）及分类（分组）的理由，同时这种方法能够比较一个较大的样品组之间的差异，这有效增加了样品数量，该方法适用于基于不同性别或文化背景等因素下不同人群的分类结果的研究；部分PM/Napping 法使评价员能够对样品的某一感官属性，如外观、香气或口感，进行有针对性的评价，从而获得更好的感知样品感官特征的能力，而部分PM 的局限性在于，参与实验的评价员或消费者会受到其它感官特征的影响，一般需要通过重复的实验获取更可靠的结果，该方法适用于深入挖掘产品某一感官属性的特点及感官属性之间相互影响的研究；PPM 法能够为评价员或消费者提供三个参考样品作为摆放位置的依据，大大降低了实验复杂度与评价员或消费者在面对大量样品时的感官疲劳度，适用于具有明显感官差异及样品量大的情况；偏好PM 法结合九点喜好标度获得消费者喜好或选择某些样品的驱动因素，这种方法可以在产品开发和市场投放过程中为产品开发人员和营销人员提供更为实际、有效的信息，适用于新产品开发及产品投放前的消费者调查，该方法是企业或工厂进行感官实验的极佳选择；基于喜好的PM 法适用于研究者探究不同人群的消费者喜欢（不喜欢）某一样品原因是否相似；基于感官的PM 法适用于研究者探究不同人群的消费者是否能够根据样品的感官特征将样品进行分组。

2 PM 法应用于食品饮料的研究

目前，PM 法已用于饮料、糖果等不同类型的食品中，也有在产品包装评价和营养宣称中的应用，如表4 所示。

表4 PM 方法应用于食品饮料的研究汇总Table 4 Summary of research on projective mapping applied to food and beverages

2.1 PM 在饮料感官评价中的研究

PM 常被用于评价葡萄酒[24,27,48]与白兰地[57]等多种酒类饮料中。Torri 等[26]使用PM 方法，比较了葡萄酒专家和消费者对高品质意大利红葡萄酒香气差异的感官分析。Aurand 等[58]使用PM 方法对葡萄酒中的香气进行了感官分析。Heymann 等[48]在一项白葡萄酒研究中，邀请葡萄酒行业专业人员进行PM 实验，探究评价人员是否能够就一组特定的葡萄酒感知到样品中“矿物质”这一感官属性，并证明PM 方法是区分葡萄酒的有效方法。Wilson 等[27]使用PPM 方法评价17 种来自南非的白葡萄酒。同年，Kemp 等[16]利用部分Napping-UFP 方法来鉴别重复实验时，评价员感知到葡萄酒风味的差异。Smith与Smith 等[24]使用部分PM 方法评价6 款白葡萄酒，探究红光掩盖白葡萄酒的颜色是否会影响消费者对白葡萄酒感官特征的描述。Louw 等[57]使用部分Napping 评价了10 款白兰地，以便于更有效地捕捉不同白兰地样品之间口感的差异。该方法也曾被应用于茶类饮料的评价，如Veinand 等[47]使用了包括PM 方法在内的三种感官评价方法，评价了8 款柠檬冰茶饮料。Kim 等[29]使用Napping-UFP 方法，比较韩国和法国消费者对韩国、中国和日本生产的绿茶感官属性的差异，研究表明评价人员对样品的熟悉程度可能会影响其对样品的感知。Moelich 等[18]选择茶作为样品，对比了描述性感官分析（Descriptive Sensory Analysis，DA）与PM 两种方法，证明两种方法得到关于茶的感官描述结果相似。

2.2 PM 在乳制品感官评价中的研究

Barcenas 等[28]使用经过训练的评价员与消费者进行PM 实验评价羊奶奶酪的感官特征。Grygorczyk等[59]邀请12 名经过培训的评价员对8 种不同均质处理的牛奶进行感官评价。Cruz 等[60]评价了6 款草莓味酸奶的风味。Deegan 等[61]邀请46 位消费者评价了10 款不同类型的奶酪，PM 实验结果显示，消费者也可以分辨出实验奶酪与商业奶酪之间的差异。Cadena 等[40]使用PM 法与CATA 法比较，评价了8 种富含益生菌的低脂功能性酸奶感官特征，证明不同感官分析方法的优缺点。Esmerino 等[62]邀请了50 位消费者使用PM 方法评价了8 款不同种类的酸奶，证明消费者选择发酵乳制品主要与感觉因素与情感因素等密切相关。

2.3 PM 在其他食品感官评价中的研究

PM 还被广泛应用于其他类型的食品中。在糖果类制品中，Risvik 等[4]就采用改法对巧克力进行评价；Ares 等使用PM 法同CATA 法比较，评价了8 种巧克力牛奶甜点的感官特征，实验结果证明了两种方法具有很高的相似性。Marcano、Ares 与Fiszman[11]邀请了161 名消费者进行了基于口感和风味的整体PM 与部分PM 实验，获得了不同配方奶酪馅饼的特性。在肉制品中，Albert 等[2]通过评价经过不同条件处理的鱼块，证明PM 法是一种快速灵活的分析方法，直观且易使用；Santos 等[44]也使用PM 方法评价了6 种商业香肠的感官特征。在水果类食品中，Vicente 等[63]使用PM 方法评价了三个收获季节5 个草莓品种的感官特性，结果说明不同草莓品种感官特征以及收获季节不同的草莓的感官特征，对该地区的农业有较大的指导意义；Oliver 等[41]也评价了6 种不同品种的草莓。PM 也被用于调味品类中，Kim 等[25]使用H-PM 法对韩国发酵豆酱汤进行了评价。当然，PM 法也被应用于农产品中。Vicente等[14]对9 种不同基因型的甘薯的感官特征进行评价，确定不同基因型甘薯的主要感官特征，并根据感官特征对甘薯品种进行区分，确定未来甘薯品种的选择。这表明PM 技术也可为农业中优良品种选育提供帮助。

2.4 在产品包装和营养声称的研究

PM 方法还成功地应用于食品感官评价以外，如产品包装评价和营养声称对消费者感知的影响[69]。

Carrillo 等[69]将邀请到的90 位消费者分成3 组（第1 组消费者盲评样品；第2 组消费者被告知样品信息；提供给第3 组消费者产品包装），这3 组消费者分别对10 种不同热量的饼干在研究者提供的A2 纸上进行感官评价。消费者通过产品感官特征的差异性摆放样品后，又对样品的整体喜好度与健康程度进行评价，结果显示：在盲评样品时，所有样品的整体喜好度都很高；而提供给消费者产品包装后，消费者对产品的评价也会受到包装上产品健康程度相关信息的影响。

Carrillo、Varela 与Fiszman[70]再次邀请120 位消费者对23 款热量不同的饼干使用PM 方法进行评价。120 位消费者被分为4 组：第1 组消费者并未看和品尝到饼干，只被提供了饼干包装，这组消费者根据包装的感官特征的相似或差异性将样品区分；第2 组消费者只根据提供的食品营养标签对样品进行评价（未品尝）；第3 组消费者对23 款样品进行盲评，消费者根据样品感官特征的相似或差异性进行区分；第4 组消费者在拥有样品营养标签的条件下对样品进行品尝，并进行评价。结果表明消费者会受到产品包装及营养标签极大的影响，如在得知某一无糖样品富含纤维素后，消费者会联想到更多负面的感官特征描述词，而相应的样品在盲评时与“美味的”这样的积极的感官特征描述词相联系。

3 总结与展望

PM 方法作为一种快速感官分析方法，不仅能够快速收集消费者对产品之间感官特征的相似性或差异性的描述，而且能够结合消费者的喜好程度，从而为实际产品的生产及有针对性的销售提供切实可靠的依据。PM 方法的这一优势不断地被研究者们认识，研究的产品种类越来越多，研究的范围也逐步扩大，其在未来几年将是感官方法研究的一个重点领域。随着研究目的的变化及待测产品复杂性的增加，PM 方法必然会不断发展，结合不同的感官评价方法来满足需求，使PM 方法更好的适用于不同的场景中多种类型的样品评价。

在方法完善方面，PM 实验需要邀请消费者或未经培训的评价人员进行，为了提高结果的稳定性和可靠性，需要进一步研究包括最佳评价小组人数以及如何减少评价人员感官疲劳等方面的内容。在方法应用方面，目前PM 方法多用于不同类型的食品进行感官评价的食品研究，或为适应实验样品或实验目的的复杂性进行一些改变的方法学研究，这些研究的结果证明PM 方法的适用性与实用性。食品企业建立感官评价小组，开展PM 实验，可以帮助企业更好的了解产品的感官特征以及消费者的喜好。将PM 方法应用于食品工业中，既符合消费者对食品品质愈来愈高的追求，也更帮助企业研发人员适应食品研发日新月异的变化。

每一种方法都具有一定的局限性，研究者们正在不断加快改进的步伐，完善补充PM 方法，相信未来的PM 方法能更好的满足科研工作者与食品工业的需求。