Journal Search Engine
Search Advanced Search Adode Reader(link)
Download PDF Export Citaion korean bibliography PMC previewer
ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.17 No.1 pp.62-67
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2018.17.1.62

Potential of evaluating odor intensity by a labeled magnitude scale

Hyojin Lee1, Daekeun Kim2*
1Department of Air Quality Research, Gyeonggi-do Institute of Health & Environment
2Department of Environmental Engineering, Seoul National University of Science and Technology
Corresponding author : +82-2-970-6606kimd@seoultech.ac.kr
09/02/2018 12/03/2018

Abstract


The labeled magnitude scale (LMS) was proposed as the magnitude estimation of perceived odor intensity while the direct olfactory method is a basis of odor evaluation. Six chemicals (pyridine, ethanol, ethyl acetate, acetone, trimethylamine, and β-phenylethyl alcohol) were tested to demonstrate the limitation of the current odor intensity scale and the possibility of the alternative method. The 6-point odor intensity reference scale, which is wildly used in the field, has the inevitable limitation of the perceived magnitude of odor intensity. It has failed to express the magnitude objectively when odor intensity increased and the magnitude scale was limited. It was experimentally proven that LMS presents the function of the existing method and effectively evaluates the wide range of odor intensity.



라벨화된 크기척도법을 이용한 악취강도 평가 가능성

이 효진1, 김 대근2*
1경기도보건환경연구원 대기연구부
2서울과학기술대학교 환경공학과

초록


    © Korean Society of Odor Research and Engineering & Korean Society for Indoor Environment. All rights reserved.

    1. 서 론

    악취는 감각적 작용(sensory process)과 인지적 작용 (cognitive process)을 통해 평가된다. 감각적 작용은 외 부 자극을 주관적인 경험과 지각으로 바꾸고 암호화된 감각으로 인식하는 과정이며, 인지적 작용은 암호화된 감각을 척도상의 점수로 전달하는 과정이다(Lim, 2011; Hong, 2016). 인간은 감각정보의 처리 과정에서 주변 환경 또는 사전 지식, 경험 등에 근거한 하향식 처리(top-down processing)를 통해 자극을 인지한다 (Lawless et al., 2000; Posner, 2012). 자극의 인지정도 는 맥락효과(contextual effect, 먼저 제시된 정보가 나 중 정보다 더 강력한 영향을 미치는 것)에 따라 개인차 가 발생한다(Schifferstein, 1994).

    냄새의 지각을 담당하는 후각은 물리적 작용과 함께 기대, 맥락, 내적 상태 등의 정서적 작용이 복합적으로 작용한다(Wilson and Stevenson, 2006; Foley and Matlin, 2013). 지금까지 사용되고 있는 악취평가법은 채취된 악취시료를 타인의 후각을 이용하여 일률적으 로 평가하고 있으며, 감각적 작용에 대한 방법론적 한 계를 가지고 있다(Suker et al., 2008; Yeon, et al, 2016). 특히, 많이 사용되는 직접관능법은 주관적 판단의 개입 과 냄새 순응, 피로 등이 결과의 객관성 확보에 영향을 준다고 알려져 있다(Han and Kim, 2015).

    식품 또는 정신과학 등 자극에 대한 측정이 필요한 분야에서는 크기추정법(Magnitude Estimation, ME)을 이용하여 반응의 크기를 표현하고 있다. 악취평가법에 서 사용되는 6단계악취강도표시법은 이에 해당된다고 볼 수 있다. ME는 외부자극에 대한 강도의 크기를 대 응되는 숫자나 직선의 길이로 추정하게 하는 방법이다. 자극의 강도를 비율적으로 나타낼 수 있는 장점이 있 으나, 평가자의 훈련이 필요하다는 점에서 측정의 어려 움이 있으며 강약의 정도를 파악할 수 없다는 단점이 있다(Hong, 2016).

    Green et al. (1993)은 기존 크기척도법의 대안으로 라벨화된 크기척도법(Labeled Magnitude Scale, LMS) 을 고안하였다. LMS는 ME에서 적용하는 6단계 척도 (barely detectable; weak; moderate; strong; very strong; strong imaginable)를 로그 간격으로 배치하는 특징이 있다(Fig. 1). LMS는 ME와 유사한 결과를 얻을 수 있 고, 도식화된 평가방법을 적용하여 평가 수행이 수월하 다는 장점이 있다. 특히, 척도의 최상위 단계를 ‘상상 할 수 있는 가장 강한’이라는 표현을 사용하여 자극에 대한 주관적 기준, 즉 천장효과(ceiling effect: 척도의 최고점 이상으로 감지되어도 주어진 척도상에 평가해 야 하므로 최고점 이상의 점수를 줄 수 없게 되는 현상) 를 피할 수 있다(Green et al., 1993; 1996). LMS의 이 론적 타당성은 많은 연구에서 확인되고 있으며, 자극의 척도를 표현하는 다양한 분야에서 응용되는 것으로 알 려져 있다(Diamond and Lawless, 2001; Schifferstein, 2012).

    본 연구는 직접관능법에 의한 악취평가시 라벨화된 크기척도법의 적용 가능성을 파악하기 위하여 실시하 였다. 현행 악취공정시험법의 6단계악취강도 표시법과 의 비교 평가하여 판정원 인식의 차이를 알아보고자 하였으며, 현행 6단계악취강도 표시법의 한계를 진단 하고자 하였다.

    2. 실험방법

    2.1. 평가자 선정

    악취공정시험법의 판정요원 선정방법에 따라 100 ppm n-butanol (강도1)의 냄새를 감지할 수 있고, 비염 이나 감기, 흡연과 같이 후각에 영향을 끼칠 우려가 없 는 사람을 평가자로 선정하였다. 실험에 참가한 평가자 는 남성 12명, 여성 6명으로 총 18명이었으며, 평균나 이는 25.7세이었다. 신체 상태에 따라 후각능력에 이상 이 없는 평가자만이 실험에 참여하였다.

    2.2. 실험 대상물질

    악취강도를 평가하기 위하여 총 6개 자극물질(pyridine, ethanol, ethyl acetate, acetone, trimethylamine (TMA), β-phenylethyl alcohol (PEA))을 선정하였다. 모든 물질은 순도 99.5%이상의 용액으로 준비하였고 (Table 1), 선정된 물질은 Table 2와 같이 총 5단계의 농도로 희석하였다. PEA의 희석액은 유동파라핀, 나머 지 5가지 물질은 증류수를 사용하였다. 희석된 용액은 20 mL 유리용기(입구내경 1.7 mm)에 총 10 mL를 담아 직접관능실험에 사용하였다.

    2.3. 평가 및 분석

    선정된 평가자는 악취이론 및 실험방법에 관하여 사 전교육을 받은 후 실험에 참가하였다. 평가자는 약한 자극에서 강한 자극 순으로 단계적으로 자극물질에 노 출되어 평가자가 느낀 자극의 정도를 두 가지 척도로 각각 평가하였다. 세부 실험법은 악취공정시험기준의 악취강도 인식시험에 준하여 구성하였다. 6단계악취강 도표시법을 통해 얻은 값은 산술평균으로, LMS 값은 기하평균으로 분석하였으며, SPSS Statistics 20.0의 회 귀분석(Regression analysis) 및 Tukey사후분석(Tukey HSD post-hoc test)을 실시하였다.

    3. 실험결과 및 고찰

    3.1. 물질별 농도에 따른 악취강도 변화

    Fig. 2는 6종 자극물질과 물질농도에 따라 인식되는 악취강도를 6단계표시법과 LMS법으로 각각 표기한 결과이다. 두 방법에서 물질의 로그농도와 악취강도 측 정값이 선형관계를 보였으며, 그 관계가 Weber-Fechner법칙을 따르는 것으로 보였다. 이러한 결과는 LMS 가 6단계표시법과 유사한 특징을 갖고 있는 것으로 해 석할 수 있다. 하지만, TMA에 대한 6단계표시법은 천 장효과를 반영하지 못한 반면에 LMS는 그 효과를 반 영하는 특징이 있는 것으로 확인되었다.

    Fig. 3은 6단계표시법과 LMS의 상관관계를 보여준 다. 두 방법은 악취물질의 종류에 상관없이 비선형적 관계를 갖고 있다(R2=0.9725). 악취강도가 클수록 LMS에 비해 6단계표시법의 값이 변화하는 정도가 감 소하는 특징을 보였다. 6단계악취강도표시법은 등간척 도, LMS는 비율척도의 특징을 가지고 있으며, 이러한 특징이 두 방법 간의 비선형적 관계를 보인 것으로 판 단되었다. 이러한 등간척도와 비율척도의 관계는 전기 적 자극을 실험한 Gibson and Tomko (1972)의 연구에 서도 확인된 바 있다.

    3.2. 6단계악취강도표시법의 한계

    악취물질의 농도가 높을수록 악취강도는 커지며, 인 간은 물질농도의 대수값에 비례한 강도를 인지하게 된 다. 6단계표시법을 이용하여 악취강도를 표기할 시 물 질농도가 높아지더라도 전 단계 농도에서 인지한 값과 동일하게 표기되는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경 우를 천장효과로 해석할 수 있으며, Fig. 2의 TMA을 대상으로 한 실험에서 분명하게 관찰되었다. 따라서 등 간척도를 갖는 6단계표시법은 자극에 대한 심리적 반 응을 수량화하는데 한계가 있다고 볼 수 있다.

    Fig. 2에서 볼 수 있듯이 6단계표시법은 농도 단계와 상관없이 동일한 강도값으로 표기되는 빈도가 매우 높 은 반면에 LMS는 그 빈도가 낮은 편이다. Fig. 4는 두 표시법의 이러한 특징을 시각적으로 보여주고 있다. Fig. 4의 x축은 물질농도단계(Table 2 참고)의 변화폭 이며, y축에는 서로 다른 물질농도단계에서 6단계표시 법으로 동일 수준으로 답한 평가자만을 대상으로 LMS 값의 변화정도를 나타내었다. 대다수의 평가자들은 6 단계표시법에서 동일한 수준으로 평가하였지만, LMS 에서는 확연한 인지의 차이를 답하였다. 특히, TMS에 서 LMS는 물질농도의 변화에 따른 강도의 차를 분명 하게 보여주고 있다. 이러한 결과는 실험에 참가한 평 가자가 악취강도가 달라짐을 느꼈다고 하더라도 6단계 표시법을 이용할 경우에는 같은 수준으로 평가하게 되 는 오류를 범하게 됨을 보여준다. 이 경우에 소수의 평 가자가 결과를 결정하게 되고 객관적 평가가 불가능하 다고 볼 수 있다.

    3.3. LMS 적용가능성

    Fig. 5에서는 통계적 방법을 이용하여 LMS의 악취 강도 표기 가능성을 확인하고자 하였다. 통계적 방법으 로는 Tukey 사후분석(Tukey HSD post-hoc test)을 이 용하였으며, 평가자의 물질농도별 표기값(기하평균)에 대해 통계적 유의미한 차이를 평가하였다. Fig. 5에 물 질농도별 알파벳은 통계적 유사성을 보여주며, 동일한 문자일 경우에는 같은 그룹으로 다른 문자는 통계적으 로 유의미한 차이가 있다고 해석된다. 자극의 세기가 달라짐에도 평가결과에 분별력이 없다는 것은 평가자 가 상이한 악취강도에서 동일한 수준으로 평가할 가능 성이 있음을 보여준다. 반면에 평가결과에 분별력이 있 다는 것은 척도 상에 다른 수준으로 표기할 가능성이 큼을 의미하며 통계적으로 차이가 있다고 본다.

    Fig. 5의 막대그래프는 LMS의 기하평균값으로 보여 주며, 표기수준은 총 3개(a, b, c) 또는 4개(a, b, c, d) 의 그룹으로 구분되었다. 물질의 농도가 낮을 경우에는 표기수준의 통계적 유사성이 있었으나, 농도단계가 높 아질수록 표기수준의 통계적 차이가 분명하게 확인되 었다. 특히, 6단계표기법에서 TMS는 농도별 표기수준 의 차이가 거의 없었으나(Fig. 2 참고), LMS에서는 표 기수준이 3개 그룹으로 확연히 구분되었다.

    4. 결 론

    본 연구는 현행 악취공정시험법의 6단계 악취강도 표시법의 한계를 진단하고 새로운 악취강도 표시법을 제안하고자 실시되었다. 악취는 평가자의 주관적 판단 에 의존하여 평가되는 특징이 있으며, 악취의 정도를 나타내는 악취강도 표기법은 이러한 특징을 반영해야 한다. 현재 많이 사용되고 있는 6단계악취강도표시법 은 이러한 특징을 반영하기에는 분명한 한계가 있으며, 객관화의 오류에 범할 가능성이 높다. 특히, 표기수준 이 제한적이며, 악취강도가 클수록 객관적 표기가 어려 운 것으로 평가되었다. 이에 반해 LMS는 도식화된 평 가법으로서 기존 평가법의 기능을 유지하면서도 다양 한 강도의 표현이 가능하고, 천장효과가 감소되는 장점 을 보였다.

    감사의 글

    이 연구는 서울과학기술대학교 교내연구비의 지원으 로 수행되었습니다.

    Figure

    JOIE-17-62_F1.gif

    Labeled magnitude scaling (modified from Green et al, 1993).

    JOIE-17-62_F2.gif

    Olfactory rating of odorants by two magnitude estimation methods (labeled magnitude scale and 6-point scale). Data presented in figures is obtained from each experimental participant.

    JOIE-17-62_F3.gif

    Correlation of magnitude estimation methods (labeled magnitude scale and 6-point scale) in odor intensity rating. The present data is obtained from the geometric means for the labeled magnitude scale and the arithmetic means for the 6-point scale.

    JOIE-17-62_F4.gif

    Rating variation of olfactory intensity by using labeled magnitude scale while no difference of olfactory intensity in 6-point scale. The x-axis represents the difference in concentration step (indicated in Table 2).

    JOIE-17-62_F5.gif

    Bar plots and Tukey HSD post-hoc test showing the difference of perceived intensity of odor stimuli by 5-concentration step. Within each graph, clusters that do not share the same letter have significantly different means.

    Table

    Odorants selected in this study

    Experimental setup on odorant concentrations selected in this study

    Reference

    1. J. Diamond , H.T. Lawless (2001) Context effects and reference standards with magnitude estimation and the labeled magnitude scale., J. Sens. Stud., Vol.16 (1) ; pp.1-10
    2. T. Engen , D.H. McBuney (1964) Magnitude and category scales of the pleasantness of odor., J. Exp. Psychol., Vol.68 (5) ; pp.435-440
    3. F. A. Fazzalari (1978) Compilation of odor and taste threshold values data: ASTM Data series DS 48A., American society for testing and materials (USA). Committee E-18 on sensory evaluation of materials and products,
    4. H.J. Foley , M.W. Matlin , Y. K Min , B. S. Kim (2013) Sensation and Perception,
    5. R.H. Gibson , D.L. Tomko (1972) The relation between category and magnitude estimates of tactile intensity., Percept. Psychophys., Vol.12 (2) ; pp.135-138
    6. B.G. Green , G.S. Shaffer , M.M. Gilmore (1993) Derivation and evaluation of a semantic scale of oral sensation magnitude with apparent ratio properties., Chem. Senses, Vol.18 (6) ; pp.683-702
    7. B.G. Green , P. Dalton , B. Cowart , G. Shaffer , K. Rankin , J. Higgins (1996) Evaluating the ?~Labeled magnitude scale ?(tm) for measuring sensations of taste and smell., Chem. Senses, Vol.21 (3) ; pp.323-334
    8. J.S. Han , S.T. Kim (2015) A study on the adequacy of the regulation standards and the correlation between odor intensity and the concentration of fatty acids, I-butyl alcohol., Journal of Odor and Indoor Environment, Vol.14 (4) ; pp.315-322[in Korean with English abstract].
    9. J.H. Hong (2016) Measurement of sensory responses: understanding scaling and data., Food Industry and Nutrition, Vol.21 (1) ; pp.5-10[in Korean with English abstract].
    10. Japan Association on Odor Environment (JAOE) (2006) https://www.env.go.jp/en/air/odor/olfactory_mm/index.html
    11. H.T. Lawless , R. Popper , B.J. Kroll (2010) Comparison of the labeled magnitude (LAM) scale, and 11-point category scale and the traditional 9-point hedonic scale., Food Qual. Prefer., Vol.21 (1) ; pp.4-12
    12. J.Y. Lim (2011) Hedonic scaling: a review of methods and theory., Food Qual. Prefer., Vol.22 (8) ; pp.733-747
    13. Leffingwell (2017) http://www.leffingwell.com/odorthre.htm
    14. M.I. Posner , G. Zucco (2012) Olfactory Cognition: From perception and memory to environmental odours and neuroscience.,
    15. M. Herz , R.S. Schaal , B. John Benjamins , X.X.I.I.I. Amsterdam , H.N.J. Schifferstein (1994) Sweetness suppression in fructose/citric acid mixture: A study of contextual effect., Percept. Psychophys., Vol.56 (2) ; pp.227-237
    16. H.N.J. Schifferstein (2012) Labeled magnitude scale: A critical review., Food Qual. Prefer., Vol.26 (2) ; pp.151-158
    17. K. Suker , R. Both , M. Bischoff , R. Guski , G. Winneke (2008) Odor frequency and odor annoyance. Part 1: assessment of frequency, intensity and hedonic tone of environmental odors in the field., Int. Arch. Occup. Environ. Health, Vol.81 (6) ; pp.671-682
    18. D.A. Wilson , R.J. Stevenson (2006) Learning to smell: Olfactory perception from neurobiology to behavior., Johns Hopkins, ; pp.243
    19. I.J. Yeon , J.Y. Jung , S.S. Park (2016) A study on the effects of residents ?(tm) perception of odor to their subjective odor sensitiveness :focusing on the ohcang industrial complex area., Journal of Odor and Indoor Environment, Vol.15 (2) ; pp.100-108[in Korean with English abstract].