面部表情分析技術(shù)在露酒感官及消費(fèi)者接受度評(píng)價(jià)的初步研究

馮婧，皇甫潔*，董建輝，韓英，劉榮，王成，宋濤，王麗華，張嬌嬌，韓興林，王德良

1(中國(guó)食品發(fā)酵工業(yè)研究院有限公司，北京，100015)2(科技部國(guó)家酒類品質(zhì)與安全國(guó)際聯(lián)合研究中心，北京，100015) 3(山西杏花村汾酒廠股份有限公司，山西 汾陽(yáng)，032205)

露酒作為我國(guó)的四大酒種之一，擁有悠久的生產(chǎn)和品鑒歷史[1-2]。GB/T 27588—2011《露酒》[3]中，露酒定義為以蒸餾酒、發(fā)酵酒等作為酒基，加入可食用或藥食兩用(或符合相關(guān)規(guī)定)的輔料或食品添加劑，進(jìn)行調(diào)配、混合或再加工制成的、已改變了其原酒基風(fēng)格的飲料酒。我國(guó)露酒以保健酒產(chǎn)品為主，具有一定的營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)益功能，知名的露酒如勁酒、竹葉青酒等，符合現(xiàn)代人的健康消費(fèi)需求，深受消費(fèi)者喜愛(ài)[1-2]。目前，風(fēng)味和功效是露酒研發(fā)的兩個(gè)主要方向[1,4]，風(fēng)味分析主要圍繞儀器分析和感官品評(píng)展開(kāi)。

近年來(lái)，消費(fèi)者研究越來(lái)越得到重視。通過(guò)探索消費(fèi)者對(duì)于產(chǎn)品的外觀、氣味、味道、質(zhì)地等方面的感官及情感評(píng)價(jià)，以及他們的消費(fèi)習(xí)慣、對(duì)產(chǎn)品的品牌認(rèn)知、價(jià)格期待、購(gòu)買欲望等方面的信息，能夠更加有效、全面地了解消費(fèi)者[5-6]。感官及情感評(píng)價(jià)被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于飲料酒類消費(fèi)者研究中。WAEHRENS等[7]應(yīng)用CATA(check-all-that-apply)方法對(duì)混合莓果汁進(jìn)行消費(fèi)者研究，發(fā)現(xiàn)感官特性與情感反應(yīng)及喜好度，尤其是興奮、產(chǎn)品新鮮度存在聯(lián)系。消費(fèi)者情感評(píng)價(jià)的研究方法通?？煞譃橹苯?顯式)和間接(隱式)兩種。直接研究方法通常會(huì)通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷、圖片刺激等形式進(jìn)行調(diào)查研究。間接研究方法指應(yīng)用感官生理學(xué)研究方法探索消費(fèi)者的反應(yīng)，常用的研究方法包括面部表情分析、腦電分析、眼動(dòng)追蹤、皮膚電心跳等生理指標(biāo)測(cè)量。

在間接研究方法中，面部表情分析是應(yīng)用最多的研究方法之一。面部表情分析技術(shù)能夠在食品消費(fèi)，例如消費(fèi)者品評(píng)過(guò)程中提供快速變化的情感信息[8]。EKMAN[9]將面部表情分為喜悅、悲傷、憤怒、驚訝、恐懼和厭惡6種。目前，面部表情分析技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)者行為研究[10-11]。SAMANT等[12]運(yùn)用面部表情分析技術(shù)，結(jié)合傳統(tǒng)感官調(diào)查問(wèn)卷、生理指標(biāo)測(cè)定(心跳、皮膚電等)，研究了混合蔬菜汁產(chǎn)品的感官特性、消費(fèi)者情感反應(yīng)、非感官影響因素(品牌效應(yīng)等)及購(gòu)買意向的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)感官特性、消費(fèi)者情感反應(yīng)、非感官影響因素均對(duì)消費(fèi)者的購(gòu)買意向有顯著影響，其中苦味和購(gòu)買意向兩個(gè)維度的影響尤為強(qiáng)烈。

目前，在露酒產(chǎn)品的感官及消費(fèi)者研究中，少有應(yīng)用間接方法進(jìn)行研究，更少有研究能夠?qū)⒅苯雍烷g接方法相結(jié)合[13]。本研究采用面部表情分析與感官品評(píng)相結(jié)合的方法，旨在探索露酒品評(píng)過(guò)程中消費(fèi)者感官評(píng)價(jià)及情感反應(yīng)變化，分析面部表情與感官評(píng)價(jià)、消費(fèi)者接受度的關(guān)聯(lián)，同時(shí)，評(píng)價(jià)面部表情作為消費(fèi)者露酒接受度評(píng)價(jià)研究手段的可行性。

1 材料與方法

1.1 樣品

本實(shí)驗(yàn)選取相同工藝、不同酒精度、含糖量的3款露酒樣品進(jìn)行研究，采用盲樣盲測(cè)。樣品具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 酒樣品信息Table 1 Information of Chinese Lujiu samples

1.2 評(píng)價(jià)人員

以往研究顯示，采用間接研究方法如面部表情、腦電等的消費(fèi)者研究，樣本量在12～161人[13]。本實(shí)驗(yàn)在感官消費(fèi)者實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，招募10名消費(fèi)者進(jìn)行評(píng)測(cè)，其中女性4人，男性6人，消費(fèi)者年齡在22～26歲(平均年齡24.3歲)。

通過(guò)事前調(diào)查問(wèn)卷對(duì)消費(fèi)者進(jìn)行篩選(要求被試者對(duì)酒精不過(guò)敏，有露酒飲酒歷史)，同時(shí)了解消費(fèi)者飲酒習(xí)慣、品牌偏好性、酒種偏好性等。符合條件的消費(fèi)者被邀請(qǐng)參與本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前，參與者被告知實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、可能的風(fēng)險(xiǎn)等，并簽署《知情同意書》。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 感官評(píng)價(jià)及消費(fèi)者接受度測(cè)試

露酒感官評(píng)價(jià)方法參考GB/T 27588—2011[3]，從外觀、香氣、滋味、后味和個(gè)性5個(gè)維度進(jìn)行評(píng)價(jià)。強(qiáng)度標(biāo)記參考GB/T 33405—2016[14]，0～9依次表示從無(wú)到非常強(qiáng)。感官特性詞匯經(jīng)專家級(jí)露酒品評(píng)員商議，選取13個(gè)露酒樣品感特性(色澤、澄清度、香氣和諧、香氣愉悅、藥香、果香棉柔、口感和諧、甜味、酸味、澀味、后味、個(gè)性)進(jìn)行品評(píng)。

消費(fèi)者接受度測(cè)試是指測(cè)試目標(biāo)消費(fèi)者對(duì)某個(gè)產(chǎn)品的接受程度，其中9點(diǎn)喜好標(biāo)度方法是消費(fèi)者接受度測(cè)試中常用的方法之一[15-16]。9點(diǎn)法由LAWLESS等[17]提出，能夠測(cè)試出消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的平均接受和喜好程度。1～9依次表示1-極端厭惡、2-非常厭惡、3-一般厭惡、4-稍微厭惡、5-既不喜歡也不厭惡、6-稍微喜歡、7-一般喜歡、8-非常喜歡、9-極端喜歡[18]。

1.3.2 面部表情

采用高清攝像頭(奧尼C33,1 080p)采集被試者品評(píng)過(guò)程中的面部表情信息。通過(guò)FaceReader軟件(版本8.1，諾達(dá)思，荷蘭)分析。FaceReader軟件以Viola-Jones[19]算法為基礎(chǔ)，以5 Hz的頻次捕捉面部信息。識(shí)別到面部信息之后，基于AAM(Active Appearance Model)建立3D面部模型，標(biāo)記面部超過(guò)500個(gè)肌肉關(guān)鍵點(diǎn)。面部表情分類基于超過(guò)10 000個(gè)專家分類的表情圖像數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行[20]。面部表情數(shù)據(jù)可以分為7種基本表情：喜悅、悲傷、憤怒、驚訝、恐懼、厭惡以及中立[7]。每種情緒強(qiáng)度變化從0(確實(shí))～1(完全體現(xiàn))。另外，表情喚醒度(強(qiáng)度從0-不活躍～1-完全活躍)和情緒效價(jià)(從-1代表負(fù)向情緒～1代表正向情緒)也用于本實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，對(duì)實(shí)驗(yàn)參與者面部表情進(jìn)行校準(zhǔn)，保持靜息30 s。以往實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的面部表情信息準(zhǔn)確度更高[8]。

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后，參與者對(duì)純凈水參照樣及3個(gè)酒樣品逐個(gè)品評(píng)，每個(gè)樣品的品評(píng)分為4個(gè)過(guò)程：觀色(30 s)、聞香(30 s)、入口品嘗(5 s)和吞咽后(20 s)。品嘗后，參與者對(duì)樣品的感官特性及接受度進(jìn)行打分。樣品與樣品間，需用純凈水和蘇打餅干清口(實(shí)驗(yàn)步驟見(jiàn)圖1)。

圖1 實(shí)驗(yàn)步驟圖Fig.1 Overall scheme of experimental procedure

1.5 數(shù)據(jù)分析

1.5.1 感官特性評(píng)價(jià)

感官特性評(píng)分采用平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。樣本定義為因變量，感官屬性定義為自變量建立方差模型，同時(shí)進(jìn)行最小顯著性差異法(Fisher′s least significant difference，LSD)分析，以查看兩個(gè)樣品是否在不同的感官屬性上顯著不同。

1.5.2 面部表情

采用FaceReader及R(版本4.0.4)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。分別分析計(jì)算各個(gè)情緒強(qiáng)度的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差，進(jìn)一步分析得出情緒的效價(jià)和喚醒度信息。建立方差模型，分析不同樣品及其不同品嘗階段在不同情緒之間是否存在顯著差異。

1.5.3 面部表情與感官特性評(píng)測(cè)綜合分析

以感官評(píng)測(cè)問(wèn)卷、面部表情變化均值建立多元因子分析(multiple factor analysis, MFA)模型，分析面部表情與感官特性之間的聯(lián)系，其中感官評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)、面部表情情緒強(qiáng)度值各為一組，消費(fèi)者接受度為補(bǔ)充組。

2 結(jié)果與分析

2.1 消費(fèi)者感官評(píng)測(cè)及接受度

消費(fèi)者對(duì)于3款露酒樣品感官評(píng)測(cè)的方差分析結(jié)果如表2所示。3款樣品在色澤和藥香兩個(gè)特征上存在顯著差異(P<0.05)。樣品LJ_LS顏色透明，樣品LJ_MS和LJ_HS顏色偏黃，差異較小。LJ_LS和LJ_HS香氣較協(xié)調(diào)，愉悅度較高，樣品LJ_MS藥香突出。LJ_HS口感最綿柔、協(xié)調(diào)，甜度最高，樣品LJ_MS和LJ_LS口感綿柔度和甜度相近，而LJ_MS的口感協(xié)調(diào)度略低。

在接受度方面，消費(fèi)者對(duì)于樣品色澤和香氣的喜好度總體高于口感和后味(圖2)。樣品LJ_HS整體來(lái)說(shuō)最受消費(fèi)者歡迎，在色澤、香氣和口感上的得分也最高。樣品LJ_LS與LJ_MS整體、口感和香氣喜好度上差異不大。

表2 酒樣感官品評(píng)平均分?jǐn)?shù)及差異性Table 2 Mean values of sensory evaluation

圖2 三款酒樣色澤、香氣、口感、后味和整體喜好度消費(fèi)者評(píng)價(jià)Fig.2 Hedonics of color， aroma, mouthfeel, aftertaste and overall liking of 3 Lujiu samples

2.2 消費(fèi)者情感反應(yīng)(面部表情分析)

圖3展示了在露酒樣品的品評(píng)過(guò)程中消費(fèi)者不同情緒強(qiáng)度?？梢钥闯?，不同情緒強(qiáng)度差異明顯，其中中立情緒明顯高于其他情緒。悲傷、厭惡、憤怒和喜悅4種情緒強(qiáng)度值相對(duì)較高，而驚訝和憤怒兩種情緒強(qiáng)度值較低。參照以往酒類產(chǎn)品的消費(fèi)者面部表情分析研究，負(fù)向情緒占比更高[21]，這與本研究結(jié)果相符。

比較分析不同樣品不同品評(píng)階段的情緒喚醒度(圖4)可知，3個(gè)酒樣品從觀色到聞香階段，喚醒度變化不明顯，在聞香階段3個(gè)酒樣品的情緒喚醒度明顯高于水對(duì)照樣。樣品LJ_LS和LJ_MS在品嘗階段情緒喚醒度下降，而樣品LJ_HS在品嘗階段情緒喚醒度升高，其高糖度可能是造成喚醒度升高的原因。3款酒樣的情緒喚醒度均在吞咽后下降。樣品LJ_LS和LJ_MS的情緒效價(jià)變化趨勢(shì)相近，均在聞香過(guò)程達(dá)到最低，而后緩慢上升，樣品LJ_HS的情緒則在聞香階段最高。

a-中立、悲傷、憤怒、厭惡情緒；b-喜悅、驚訝、恐懼情緒圖3 消費(fèi)者不同樣品不同品評(píng)階段情緒FaceReader數(shù)值(0～1)Fig.3 Means(0-1) of consumers′ facial expression on different tasting stages of Lujiu samples from FaceReader

以產(chǎn)品、品評(píng)階段及其相互影響為自變量，以面部表情情緒為因變量，建立方差模型，分析露酒不同樣品及其不同品嘗階段在情緒之間的差異性。從表3方差分析結(jié)果可以看出，在7種基本情緒中，憤怒情緒能夠顯著區(qū)分不同樣品(P<0.05)，即消費(fèi)者在品評(píng)不同樣品時(shí)感到的情緒值明顯不同；在不同品評(píng)階段，中立、喜悅和驚訝3種表情存在顯著差異(P<0.05)；樣品和品評(píng)階段間相互影響無(wú)顯著差異性(P≥0.05)。

a-情緒喚醒度；b-效價(jià)數(shù)值圖4 三個(gè)露酒樣品和水樣品不同品評(píng)階段FaceReader情緒喚醒度、效價(jià)數(shù)值Fig.4 Arousal and valance of facial expressions of different tasting stages of 3 Lujiu samples and water sample derived from FaceReader

對(duì)能夠顯著區(qū)分酒樣及不同品評(píng)階段的四類情緒(中立、喜悅、憤怒、驚訝)進(jìn)行具體分析。結(jié)果如圖5所示，對(duì)于中立和喜悅情緒，3款酒樣不同階段的變化趨勢(shì)相近，其中中立情緒在聞香階段下降到最低，而后上升；喜悅情緒則相反，在聞香階段上升至最高，而后下降。比較而言，樣品LJ_HS的情緒變化強(qiáng)度最高，樣品LJ_LS與LJ_MS相近；驚訝情緒，3款樣品與水對(duì)照樣的差異較大；就憤怒情緒而言，情緒變化不大。3款酒樣的不同情緒對(duì)比可以看出，樣品LJ_HS 的正向情緒喜悅及驚訝值最高，而負(fù)向情緒憤怒值LJ_HS最低，這與消費(fèi)者問(wèn)卷中LJ_HS最受歡迎相符合。對(duì)比樣品LJ_MS與LJ_LS，兩個(gè)樣品在喜悅和憤怒值相近，驚訝值LJ_MS高于LJ_LS。

表3 面部表情方差分析圖Table 3 ANOVA of facial expressions

a-中立；b-喜悅；c-憤怒；d-驚訝圖5 四個(gè)樣品不同品評(píng)階段FaceReader中立、喜悅、憤怒和驚訝情緒數(shù)值(0-1)Fig.5 Mean values (0-1) of facial expressions neutral, happy, angry and surprise of different tasting stages of 3 Lujiu samples and water sample derived from FaceReader

2.3 消費(fèi)者面部表情、產(chǎn)品感官特性與接受度的相關(guān)性分析

通過(guò)建立MFA模型研究各露酒樣品在感官特性、情緒維度和消費(fèi)者接受度的相關(guān)性。圖6顯示了表情情緒(綠色)與感官特性(紅色)間的相關(guān)性，圖7顯示了不同產(chǎn)品不同品評(píng)階段的信息。結(jié)果表明，消費(fèi)者的中立、恐懼和驚訝情緒和產(chǎn)品的色澤、藥香和個(gè)性緊密相關(guān)，而喜悅、厭惡和悲傷情緒則和產(chǎn)品香氣的和諧度和愉悅度緊密相關(guān)。第一象限(總變化占比32.61%)能夠區(qū)分出不同的產(chǎn)品，樣品LJ_HS不同品評(píng)階段的數(shù)值相近且均位于第一象限正向，樣品LJ_LS不同品評(píng)階段的數(shù)值分布接近中心零點(diǎn)，而樣品LJ_MS均位于第一象限負(fù)值；第二象限區(qū)(總變化占比27.92%)分出不同的品評(píng)階段，觀色階段的數(shù)值在第二象限分布最高，其次是吞咽、品評(píng)，而聞香最低。樣品LJ_HS在甜味、綿柔、口感和諧和果香的得分均最高，與其最受歡迎相符合，同時(shí)，其正向情緒喜悅值最高。

圖6 消費(fèi)者面部表情、產(chǎn)品感官特性與接受度相關(guān)性MFAFig.6 MFA plot of correlation between facial expressions, sensory attributes and consumer acceptance of Lujiu samples′ tasting stages

圖7 消費(fèi)者面部表情、產(chǎn)品感官特性與接受度相關(guān)性MFAFig.7 MFA individual factor map of correlation between facial expressions, sensory attributes and consumer acceptance of Lujiu samples′ tasting stages注：LK代表觀色階段，SM代表聞香，TS代表品嘗，SW代表吞咽后

3 結(jié)論與討論

本研究首次將面部表情分析技術(shù)與感官評(píng)測(cè)結(jié)合，對(duì)露酒產(chǎn)品的消費(fèi)者接受度進(jìn)行初步探索，以揭示露酒產(chǎn)品感官特性、消費(fèi)者面部表情情緒與接受度的關(guān)聯(lián)性。研究結(jié)果表明，含糖量不同的露酒樣品在色澤和藥香上、在感官評(píng)價(jià)結(jié)果上存在顯著差異，其中甜味、口感和諧、綿柔和果香與產(chǎn)品接受度緊密相關(guān)；憤怒情緒能夠有效區(qū)分不同產(chǎn)品，中立、喜悅和驚訝情緒能夠有效區(qū)分不同的品評(píng)階段；最受消費(fèi)者喜愛(ài)的是含糖量最高的樣品LJ_HS，該樣品的面部表情正向情緒強(qiáng)度值在3個(gè)酒樣中最高。面部表情分析技術(shù)可作為露酒消費(fèi)者感官及接受度評(píng)價(jià)的一種有效研究方法，將其與感官評(píng)測(cè)相結(jié)合，能夠更全面的區(qū)分不同產(chǎn)品及不同品評(píng)階段的特點(diǎn)。