ISO 13301:2002
(Main)Sensory analysis — Methodology — General guidance for measuring odour, flavour and taste detection thresholds by a three-alternative forced-choice (3-AFC) procedure
Sensory analysis — Methodology — General guidance for measuring odour, flavour and taste detection thresholds by a three-alternative forced-choice (3-AFC) procedure
ISO 13301 provides guidance on: obtaining data on the detection of chemical stimuli that evoke responses to odour, flavour and taste by a 3-AFC (three alternative forced choice) procedure; the processing of the data to estimate the value of a threshold and its error bounds, and other statistics related to the detection of the stimulus. Typically the procedures will be used in one of the following two modes: investigation of the sensitivity of assessors to specific stimuli; investigation of the ability of a chemical substance to stimulate the chemoreceptive senses. (Although experiments may encompass both modes.) Examples of the first mode include studies of the differences among individuals or specified populations of individuals in sensitivities and of the effects of age, gender, physiological condition, disease, administration of drugs, and ambient conditions on sensitivity. Examples of the latter mode include: studies in flavour chemistry and the impact of specified chemicals on the flavour of foods; classification of chemicals, if present in the environment, for their impact on humans; studies on the relationship of molecular structure to capacity of a chemical to act as a stimulant; quality assurance of gaseous effluents and of water, foods and beverages; studies in the mechanism of olfaction.
Analyse sensorielle — Méthodologie — Lignes directrices générales pour la mesure des seuils de détection d'odeur, de flaveur et de goût par une technique à choix forcé de 1 parmi 3 (3-AFC)
L'ISO 13301:2002 fournit des lignes directrices pour obtenir des données sur la détection de stimuli chimiques qui évoquent des réponses concernant l'odeur, la flaveur et le goût par la technique 3-AFC (choix forcé, 1 parmi 3); traiter les données afin d'estimer la valeur d'un seuil et ses limites d'erreur, ainsi que d'autres statistiques liées à la détection du stimulus. De façon typique, les techniques seront utilisées selon l'un des deux modes suivants (bien que les expériences peuvent comprendre les deux modes): investigation sur la sensibilité des sujets aux stimuli spécifiques; investigation sur la capacité d'une substance chimique à stimuler les sens chimioréceptifs. Des exemples pour le premier mode comprendraient des études sur les différences de sensibilité entre des individus ou des populations spécifiées d'individus et sur les effets de l'âge, du sexe, de l'état physiologique, des maladies, de la prise de médicaments et les conditions ambiantes sur la sensibilité. Des exemples pour le deuxième mode comprendraient des études sur la chimie de la flaveur et sur l'impact de produits chimiques spécifiés sur la flaveur des aliments; la classification des produits chimiques, s'ils sont présents dans l'environnement, en fonction de leur impact sur les humains; des études sur la relation entre la structure moléculaire et la capacité d'un produit chimique à agir comme stimulant; l'assurance de la qualité des effluents gazeux et de l'eau, des aliments et des boissons; des études sur le mécanisme de l'olfaction.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 13301
First edition
2002-09-15
Sensory analysis — Methodology —
General guidance for measuring odour,
flavour and taste detection thresholds by a
three-alternative forced-choice (3-AFC)
procedure
Analyse sensorielle — Méthodologie — Lignes directrices générales pour
la mesure des seuils de détection d'odeur, de flaveur et de goût par une
technique à choix forcé de 1 parmi 3 (3-AFC)
Reference number
ISO 13301:2002(E)
©
ISO 2002
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ISO 13301:2002(E)
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ISO 13301:2002(E)
Contents Page
Foreword . iv
Introduction. v
1 Scope. 1
2 Normative references. 2
3 Terms and definitions. 2
4 Principles . 3
4.1 Experimental procedures . 3
4.2 Data processing . 3
5 Experimental procedures . 4
5.1 Preparation of samples. 4
5.2 Selection of concentrations of the stimulus . 4
5.3 Presentation of samples. 5
5.4 Training of assessors . 5
5.5 Selection of assessors . 6
5.6 Design of the experiment . 6
6 Data processing . 9
6.1 The mathematical and statistical models . 9
6.2 Preliminary inspection of data. 9
6.3 Maximum likelihood procedure for fitting the data to a logistic model and estimating error
bounds. 10
6.4 Interpretation of results. 11
6.5 p s other than 0,5. 11
d
6.6 Estimation of the Best Estimate Threshold (BET) . 12
6.7 Presentation of results . 12
Annex A (informative) Estimated number of assessors required for a given degree of precision. 13
Annex B (informative) Examples. 14
Bibliography. 27
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ISO 13301:2002(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO
member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical
committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in
liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical
Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 3.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards adopted
by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an International
Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this International Standard may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 13301 was prepared by Technical Committee ISO/TC 34, Food products, Subcommittee SC 12, Sensory
analysis.
Annexes A and B of this International Standard are for information only.
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Introduction
The concept of “threshold” has wide use in sensory analysis and is often used in the literature on sensory studies
of food and drink. Data on sensory thresholds to chemical stimuli are used in sensory studies in two main ways: as
measures of the sensitivity of assessors or groups of assessors to specific stimuli; as measures of the ability of
chemical substances to evoke sensory responses in assessors. In the first, the value of the threshold is taken as a
description of an assessor’s performance; in the latter, as a measure of a property of the substance.
The term “threshold” was introduced by 19th century psychophysicists and used to denote a stimulus concentration
above which the stimulus could be detected, and below which it could not (see Figure 1a).
a) Traditional notion of threshold b) Probabilistic nature of threshold
Figure 1 — Traditional notion and probabilistic nature of threshold
1)
However, in practice the graph of the probability of detection against the intensity of the stimulus is always an
ogive (see Figure 1b), and it is convenient to assume, for purposes of calculation, that the threshold fluctuates so
that a particular stimulus concentration exceeds it on some occasions but not on others. The threshold can then be
obtained as an estimate of the median of these momentary values, i.e. as the stimulus concentration for which the
probability of detection is 0,5. The threshold defined in this way has analogies with median effect levels used in
branches of biology such as pharmacology and toxicology, which are concerned with the effect of chemicals on
organisms.
1) This International Standard is based on the use of the 3-AFC method of presenting the stimuli, and the probability of
detection, p , is modeled as p = 1,5 × p − 0,5, where p is the probability of a correct selection. This is strictly a “guessing
d c
d c
model” of the assessor’s behaviour. It is not a psychometric model of the assessor’s decision process, such as a Signal
Detection model, which could also be applied, see Macmillan and Creelman [13].
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ISO 13301:2002(E)
Where detection thresholds of a particular substance in air or water have been measured in more than one
laboratory, the reported values often span two or three orders of magnitude or more (Devos et al. [6],
Fazzalari [10], van Gemert et al. [14]). This range is greater than can be expected from experimental errors alone
or from differences in the processing of data; but it probably can be accounted for by difference in concepts of
thresholds between laboratories, and differences in experimental procedure. Devos et al. [6] suggest a procedure
for standardizing detection thresholds in air.
The user needs to be aware that the determination of detection thresholds requires more experimental effort than is
at first apparent from this description. Experimental results demonstrate that on repeated testing, the observed
individual thresholds tend to decrease, and the difference between individuals likewise tends to decrease.
Threshold testing is often an unfamiliar activity, and assessors will improve their sensitivity as they become
accustomed to the substance and the mechanics of the test. The 3-AFC procedure requires that assessors can
recognize the stimulus. Training programmes require effort but will in turn yield needed information about each
assessor’s range of partial detection. Results improve as the experimenter learns to tailor the concentrations
presented to each assessor’s range, see 6.3.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 13301:2002(E)
Sensory analysis — Methodology — General guidance for
measuring odour, flavour and taste detection thresholds by
a three-alternative forced-choice (3-AFC) procedure
1 Scope
This International Standard provides guidance on:
obtaining data on the detection of chemical stimuli that evoke responses to odour, flavour and taste by
a 3-AFC (three-alternative forced-choice) procedure;
the processing of the data to estimate the value of a threshold and its error bounds, and other statistics related
to the detection of the stimulus.
Typically, the procedures will be used in one of the following two modes:
investigation of the sensitivity of assessors to specific stimuli;
investigation of the ability of a chemical substance to stimulate the chemoreceptive senses.
(Although experiments may encompass both modes.)
Examples of the first mode would include studies of the differences among individuals or specified populations of
individuals in sensitivities and of the effects of age, gender, physiological condition, disease, administration of
drugs and ambient conditions on sensitivity. Examples of the latter mode would include:
studies in flavour chemistry and the impact of specified chemicals on the flavour of foods;
classification of chemicals for their impact on humans, if present in the environment;
studies on the relationship of molecular structure to capacity of a chemical to act as a stimulant;
quality assurance of gaseous effluents and of water, foods and beverages;
studies in the mechanism of olfaction.
In both modes the way in which probability of a correct response changes with intensity of stimulus, i.e. the slope of
the dose/response curve, could be an important aspect of the study as well as the threshold value, and the data
processing procedures described here provide this information.
The focus of this International Standard is on data requirements and on computational procedures. Regarding the
validity of the data, the text is restricted to general rules and precautions. It does not differentiate between detection
and difference thresholds; fundamentally, the procedures measure a difference threshold because a test sample is
compared with a reference sample. Typically, the reference sample is not intended to contain the stimulus under
investigation, but the Guidelines do not exclude experimental design in which the reference could contain the
stimulus, or it might not be known if the reference contains the stimulus. The Guidelines do not measure a
recognition threshold as defined in ISO 5492. They do not address the standardization of methods of determining
air quality as a European Standard is in preparation [9].
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2 Normative references
The following normative documents contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of
this International Standard. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these
publications do not apply. However, parties to agreements based on this International Standard are encouraged to
investigate the possibility of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For
undated references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of ISO and IEC
maintain registers of currently valid International Standards.
ISO 5492:1992, Sensory analysis — Vocabulary
ISO 6658:1985, Sensory analysis — Methodology — General guidance
ISO 8586-1:1993, Sensory analysis — General guidance for the selection, training and monitoring of assessors —
Part 1: Selected assessors
ISO 8586-2:1994, Sensory analysis — General guidance for the selection, training and monitoring of assessors —
Part 2: Experts
ISO 8589:1988, Sensory analysis — General guidance for the design of test rooms
3 Terms and definitions
For the purposes of this International Standard, the terms and definitions given in ISO 5492, as well as the
following, apply.
3.1
stimulus
substance that may or may not cause a sensation, detectable by one or more of the senses, depending on the
amount present
3.2
medium
any material used to dissolve, dilute, disperse or sorb a stimulus whose threshold is to be measured
3.3
reference sample
quantity of the medium containing no added stimulus
3.4
test sample
quantity of the medium to which a stimulus has been added at a known concentration
3.5
three-alternative forced-choice (3-AFC) test
test of discrimination in which the assessor is presented with three samples, one of which is a test sample
containing a nominated stimulus familiar to the assessor, the other two being references, and where the assessor
is instructed to indicate the test sample
3.6
presentation
set of three samples forming a 3-AFC test
3.7
threshold model
model of sensory detection where a stimulus presented on a particular trial is either detected (resulting in a correct
response) or is not detected (resulting in a response being made at random)
3.8
signal-detection model
model of sensory detection where a stimulus presented on a particular trial provides some level of evidence of its
presence
NOTE The evidence contributes to a decision by the assessor about the presence or absence of the stimulus.
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3.9
detection threshold
the lowest intensity of a sensory stimulus that has a probability of detection of 0,5 under the conditions of the test,
as calculated from the threshold model
3.10
individual threshold
detection threshold of a single assessor
3.11
average threshold
average (whose type must be specified, e.g. arithmetic mean, geometric mean, or median) of individual thresholds
3.12
group threshold from pooled data
estimate obtained by using the sum of outcomes for a particular group of assessors at each concentration of the
stimulus as input when fitting the statistical model
4 Principles
4.1 Experimental procedures
The stimulus is formulated in the medium at a specified concentration and is presented along with a pair of
reference samples to the assessor. The assessor is required to select one of the samples as containing the
stimulus or having the stimulus at a greater concentration. The assessor must make a selection. It is a requirement
of the 3-AFC test that the assessor be able to recognize the stimulus.
Typically the stimulus is dissolved in air or water. It is unlikely that a gas other than air will be used as a gaseous
medium in tests with human assessors, but solvents other than water, solutions in water or other solvents, or
solids, e.g. foods, can be used as liquid or solid medium to dilute the stimulus as the experiment dictates. It is
essential that the medium be homogeneous so that the members of the pair of references are identical, and the
same in all presentations.
The stimulus is presented at several concentrations. The presentations are replicated, at each concentration, a
sufficient number of times to achieve a desired precision of the threshold and parameters of the mathematical
model. The nature of the replications within assessors, across assessors, and combinations of the two are set by
the experimental design of the study.
4.2 Data processing
The outcome of a presentation is a binary result – the sample nominated by the assessor is the test sample (a
correct selection) or is one of the references (an incorrect selection). The number of correct selections is summed
over the number of presentations at each stimulus concentration and forms, along with the total number of
presentations and the stimulus concentration, the data to be processed for obtaining the derived statistics. The
statistical model is that the number of correct selections at a particular concentration comes from a binomial
distribution.
For the 3-AFC test, the threshold is the concentration of the stimulus at which the proportion of correct selections is
equal to 2/3, i.e. 50 % above chance. The data, as proportions of correct selections, can simply be inspected and
interpolated to derive this point, but a more accurate estimate of the threshold, and its bounds, can be obtained by
fitting a mathematical model to the data. A logistic model is used in these guidelines, and the model is fitted by a
maximum likelihood procedure, or alternatively, by a least squares procedure. The fitting estimates the two
parameters of the model, one a location parameter, the other a shape parameter. The former locates the fitted
curve on the stimulus continuum, the latter determines the steepness of the curve. The fitted curve allows
estimates of proportions of detection other than 50 % to be derived.
The simplest model to fit is one in which the distribution of proportion of correct selections comes from a single,
approximately normal, distribution. This would typically be the case where the data come from replications within a
single assessor. A single logistic function can then be adequately fitted, that is, one with a single pair of values for
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the parameters of the curve. It is not uncommon for the sensitivities to chemicals to be not normally distributed, or
even symmetrically distributed, among assessors. For some chemical stimuli the distributions are distinctly
bimodal, but deviations from a normal distribution are difficult to demonstrate unless measurements are made with
a large sample of assessors, typically more than 100. A single logistic function will not be an adequate fit to data
that come from a distribution which deviates significantly from a single, normal distribution, but the mathematical
model can be extended to accommodate these cases.
5 Experimental procedures
5.1 Preparation of samples
5.1.1 General precautions
See ISO 6658. Ascertain that stimulus and medium are stable over the duration of the study and are non-toxic and
nonallergenic. Ascertain that they are representative of the purpose of the study, e.g. exhaust gases may vary with
the process generating them, and chemical substances may require purification to remove off-flavours or irritants
from the molecule to be studied. Prepare a large enough homogeneous quantity of both stimulus and medium to
ensure that assessors receive identical presentations with exception of the concentration of stimulus and its
position in the set. Prepare the samples in a facility that complies with ISO 8589. Use containers that do not adsorb
the test chemical or contribute odour or taste. Make certain that the presence or absence of the stimulus cannot be
detected visually or by any means available to an assessor other than the chemical senses. Store samples away
from light and heat when not in use.
5.1.2 Gases
Collect or prepare stimulus and medium in vessels such as teflon- (PTFE) coated bottles or balloons. If the stimulus
is an inodorous gas containing an odorous impurity, flush the vessel and associated tubing and valves several
times with a fresh sample in order to saturate the walls. For the same reason, and to avoid volume changes,
maintain a constant temperature near that to be used when presenting the gases to the assessors. Use
smoothbore PTFE-coated tubing and valves free from points of sudden pressure change.
5.1.3 Liquids
For stimuli to be presented in an aqueous medium, make certain that complete dissolution can be obtained and
maintained for the duration of the experiment. For partially hydrophobic substances, prepare the first dilution stage
in ethanol or ethylene glycol purified with activated carbon to remove off-odours. Note that distilled water and
absolute alcohol often contain strong odours; use food grade product instead and purify with activated carbon if
required. Present fully hydrophobic substances in a nonaqueous solvent such as odourless liquid paraffin or
dinonyl phthalate and avoid plastic containers as the substance may dissolve in the polymer. When preparing
sequential dilutions, be aware that the higher the dilution, the larger the proportion of the stimulus that may be lost
by adsorption to the vessel wall. As far as is possible, prepare each dilution by microsyringe or equivalent, directly
from a stock solution, and avoid sequences of preparing each dilution from the preceding sample.
5.1.4 Solids
The medium of interest is typically a food such as cheese, fish or meat. Unless a technique exists whereby the
solid can be dissolved and reconstituted, finely divide or comminute it before adding the stimulus in a suitable
solvent, then mix well and allow time for the chemical to diffuse within the matrix before preparing the samples for
presentation to the assessors. Code each aliquot, e.g. with a random, 3-digit number.
5.2 Selection of concentrations of the stimulus
Present a series of 3-AFC presentations of which each concentration is greater than the preceding one by
approximately a factor denoted by X. Be guided by the acceptable size of the error of the threshold estimate:
typically choose X ≈ 3-5 for approximate studies and X ≈ 2 for higher precision. For each assessor, choose a
strategy of experimentation that will result in defining the ogive of the logistic model at points distributed over his or
her range of partial detection. The most effective data points are those corresponding to 45 % to 90 % correct
selection in the test, i.e. p = 0,18 to 0,85.
d
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ISO 13301:2002(E)
For economy of sample and assessor’s time, begin by locating the concentration range of interest for each
assessor using a large factor X. Observe that these initial tests also serve to demonstrate the mechanics of the test
and to teach the assessors how to recognize the stimulus when it is above their range of partial detection.
Proceed with the definitive set of 3-AFC presentations at concentrations tailored to each assessor using a low
factor X. If on completion it is found that the data do not adequately define an assessor’s ogive, administer
additional concentration levels until this is the case. Regularly ask an assessor to describe the nature of the
detected stimulus so as to guard against lapses of memory for it. Interrogation may also uncover an unintended
sequence of correct replies caused by chance and not by detection; e.g. a series of 3 chance hits will occur once in
27 tests.
5.3 Presentation of samples
5.3.1 Preparation
Present samples with assessors seated in booths (see ISO 8589) and observe the rules of good sensory practice
as described in ISO 6658. Code samples with three-digit random numbers, or place samples in a prearranged
pattern, e.g. side-by-side in front of the assessor with the first sample on the left, using the identical pattern on the
response sheet. To avoid positional bias, balance the three combinations of orders of presentation, AAB, ABA,
BAA, across the assessors. Instruct assessors to minimize sensory fatigue by ingesting a minimum quantity of any
sample that exhibits above-threshold concentration and by allowing sufficient time for sensory recovery between
samples.
5.3.2 Gases
Present samples using an olfactometer such as those described in [8] and [12].
5.3.3 Liquids
Present non-volatile chemicals dissolved in purified water or in a flavourless solvent. Use containers that do not
absorb the chemical, e.g. 100 ml glass beakers one quarter full. Present volatile chemicals in stoppered, wide
mouthed containers suitable for sniffing or sipping, or in flexible closed containers, e.g. 250 ml squeeze bottles
suitable for delivering a measured volume of headspace or liquid into the nostrils or mouth, see [4], [7] and [11]. If
the medium is a beverage, use the type of container that is customary for sensory evaluation of the product.
5.3.4 Solids
If the medium is a food, present the samples in the form that is customary for sensory evaluation of the product.
5.4 Training of assessors
For most purposes, the threshold of interest is that of an informed observer, trained by repeated exposure to detect
the substance in question whenever its presence is perceivable, e.g. as a pollutant in air or water, or as a
component or taint of the flavour of a food or beverage. Familiarity with the substance is also a requirement in the
3-AFC test. Inadequate training may artificially extend the observed range of thresholds upwards by 1-2 orders of
magnitude. An artificial extension downwards can result from overtraining, when assessors become adept at
discovering the treated sample by means other than its flavour. If the threshold sought is that of a casual observer,
e.g. for a warning agent in household gas, untrained assessors and mild distraction (e.g. noise) may be used and
the triangle test or paired comparison substituted for the 3-AFC test.
A training programme can be by presentation of the stimulus monadically at high concentrations, then at two or
more concentrations with the assessor requiring to rank them, then as 3-AFCs while locating the assessor’s range
of partial detection. Observe that initial thresholds decrease with practice and should tend to stabilize after 3 to
5 tests and that individual assessors may differ in their basic sensitivity to the substance in question by a factor
of two or three orders of magnitude, or more.
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ISO 13301:2002(E)
5.5 Selection of assessors
5.5.1 General
Select assessors to meet the objectives of the investigation, following the guidelines given in ISO 8586-1 and
ISO 8586-2.
5.5.2 Individual threshold
The test may be made, e.g. to compare an individual’s threshold with a literature value, with a previously
determined value under different circumst
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 13301
Première édition
2002-09-15
Analyse sensorielle — Méthodologie —
Lignes directrices générales pour la
mesure des seuils de détection d'odeur, de
flaveur et de goût par une technique à
choix forcé de 1 parmi 3 (3-AFC)
Sensory analysis — Methodology — General guidance for measuring
odour, flavour and taste detection thresholds by a three-alternative forced-
choice (3-AFC) procedure
Numéro de référence
ISO 13301:2002(F)
©
ISO 2002
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ISO 13301:2002(F)
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ISO 13301:2002(F)
Sommaire Page
Avant-propos . iv
Introduction. v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives. 2
3 Termes et définitions . 2
4 Principes . 3
4.1 Techniques expérimentales . 3
4.2 Traitement des données. 4
5 Techniques expérimentales . 4
5.1 Préparation des échantillons . 4
5.2 Sélection des concentrations du stimulus. 5
5.3 Présentation des échantillons . 5
5.4 Entraînement des sujets. 6
5.5 Sélection des sujets. 6
5.6 Plan d’expérience. 7
6 Traitement des données. 8
6.1 Modèles mathématiques et statistiques . 8
6.2 Contrôle préliminaire des données . 10
6.3 Technique du maximum de vraisemblance pour ajuster les données à un modèle logistique et
pour estimer les limites d'erreur. 11
6.4 Interprétation des résultats. 11
6.5 Les p différents de 0,5 . 12
d
6.6 Évaluation du meilleur seuil estimé (BET: Best Estimate Threshold). 12
6.7 Présentation des résultats . 13
Annexe A (informative) Nombre estimé de sujets requis pour un degré donné de précision . 14
Annexe B (informative) Exemples. 15
Bibliographie. 28
© ISO 2002 – Tous droits réservés iii
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ISO 13301:2002(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec la Commission
électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 3.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication
comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments de la présente Norme internationale peuvent faire
l'objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de
ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 13301 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 34, Produits alimentaires, sous-comité SC 12, Analyse
sensorielle.
Les annexes A et B de la présente Norme internationale sont données uniquement à titre d’information.
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ISO 13301:2002(F)
Introduction
Le concept de «seuil» est largement utilisé en analyse sensorielle et les documents sur les études sensorielles
d’aliments et de boissons s’y réfèrent souvent. Les données sur les seuils sensoriels aux stimuli chimiques sont
utilisées dans les études sensorielles de deux façons principales: comme mesures de la sensibilité de sujets ou de
groupes de sujets aux stimuli spécifiques; comme mesures de la capacité des substances chimiques à évoquer
des réponses sensorielles chez les sujets. Dans le premier cas, la valeur du seuil est prise comme une description
de la performance d’un sujet; dans le second cas, comme une mesure d’une propriété de la substance.
e
Le terme «seuil» a été introduit par les psychophysiciens du XIX siècle et employé pour indiquer une
concentration de stimulus au-dessus de laquelle ce dernier pouvait être détecté et au-dessous de laquelle il ne le
pouvait pas [voir Figure 1 a)].
1)
Cependant, dans la pratique, le graphique de la probabilité de détection par rapport à l’intensité du stimulus se
présente toujours sous la forme d’une ogive [voir Figure 1 b)] et il est pratique de supposer, aux fins de calcul, que
le seuil fluctue de sorte qu’une concentration d’un stimulus particulier le dépasse dans certaines occasions mais
pas dans d’autres. Le seuil peut ainsi être obtenu sous forme d’estimation de la médiane de ces valeurs
momentanées, c’est-à-dire comme étant la concentration de stimulus à laquelle la probabilité de détection est de
0,5. Le seuil défini ainsi a des analogies avec les niveaux d’effet médian utilisés dans certaines branches de la
biologie, comme la pharmacologie et la toxicologie, qui sont concernées par l’effet de produits chimiques sur les
organismes.
a) Notion traditionnelle du seuil b) Nature probabiliste du seuil
Figure 1 — Notion traditionnelle et nature probabiliste du seuil
1) La présente Norme internationale est basée sur l’utilisation de la méthode 3-AFC de présentation des stimuli, et la
probabilité de détection, p , est modélisée sous la forme p = 1,5 × p − 0,5 dans laquelle p est la probabilité d’une sélection
d d c c
correcte. Il s’agit là strictement d’un «modèle au jugé» du comportement du sujet. Ce n’est pas un modèle psychométrique du
processus de décision du sujet, tel qu’un modèle de détection de signal, qui pourrait aussi être appliqué (voir Macmillan and
Creelman [13]).
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Lorsque les seuils de détection d’une substance particulière dans l’air ou dans l’eau ont été mesurés dans plus
d’un laboratoire, les valeurs rapportées couvrent souvent deux ou trois ordres de grandeur ou davantage (Devos et
al. [6], Fazzalari [10], van Gemert et al. [14]). Cette amplitude est supérieure à ce que l’on peut attendre d’erreurs
expérimentales seules ou de différences dans le traitement des données; mais elle peut probablement provenir
des différences dans les concepts de seuils entre les laboratoires et des différences dans le mode expérimental.
Devos et al. [6] suggère un mode opératoire pour normaliser les seuils de détection dans l’air.
Il convient que l’utilisateur soit conscient que la détermination des seuils de détection requiert un effort
expérimental plus grand que cette description ne le laisse apparaître au premier abord. Les résultats
expérimentaux démontrent que lors de la répétition des essais, les seuils individuels observés tendent à diminuer,
et la différence entre les individus elle aussi tend à diminuer. Les essais de mesure de seuils sont souvent une
activité peu familière et les sujets amélioreront leur sensibilité à mesure qu’ils s’habituent à la substance et aux
mécanismes de l’essai. La technique 3-AFC demande que les sujets puissent reconnaître le stimulus. Les
programmes d’entraînement requièrent un effort mais ils apportent à leur tour des informations nécessaires sur la
plage de détection partielle de chaque sujet. Les résultats s’améliorent à mesure que l’expérimentateur apprend à
adapter les concentrations présentées à la plage de chaque sujet (voir 6.3).
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NORME INTERNATIONALE ISO 13301:2002(F)
Analyse sensorielle — Méthodologie — Lignes directrices
générales pour la mesure des seuils de détection d'odeur, de
flaveur et de goût par une technique à choix forcé de 1 parmi 3
(3-AFC)
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale fournit des lignes directrices pour
obtenir des données sur la détection de stimuli chimiques qui évoquent des réponses concernant l’odeur, la
flaveur et le goût par la technique 3-AFC (choix forcé, 1 parmi 3);
le traitement des données afin d’estimer la valeur d’un seuil et ses limites d’erreur, ainsi que d’autres
statistiques liées à la détection du stimulus.
De façon typique, les techniques seront utilisées selon l’un des deux modes suivants (bien que les expériences
peuvent comprendre les deux modes):
investigation sur la sensibilité des sujets aux stimuli spécifiques;
investigation sur la capacité d’une substance chimique à stimuler les sens chimioréceptifs.
Des exemples pour le premier mode comprendraient des études sur les différences de sensibilité entre des
individus ou des populations spécifiées d’individus et sur les effets de l’âge, du sexe, de l’état physiologique, des
maladies, de la prise de médicaments et les conditions ambiantes sur la sensibilité.
Des exemples pour le second mode comprendraient
des études sur la chimie de la flaveur et sur l’impact de produits chimiques spécifiés sur la flaveur des
aliments;
la classification, en fonction de leur impact sur les humains, des produits chimiques s’ils sont présents dans
l’environnement;
des études sur la relation entre la structure moléculaire et la capacité d’un produit chimique à agir comme
stimulant;
l’assurance de la qualité des effluents gazeux et de l’eau, des aliments et des boissons;
des études sur le mécanisme de l’olfaction.
Dans les deux modes, la façon dont la probabilité d’une réponse correcte change avec l’intensité d’un stimulus,
c’est-à-dire la pente de la courbe dose/réponse, pourrait être un aspect important de l’étude, aussi bien que la
valeur de seuil, et les modes de traitement des données décrits ici donnent ces informations.
La présente Norme internationale porte sur les prescriptions en matière de données et sur les modes de calcul.
Concernant la validité des données, le texte se limite aux règles et aux précautions générales. Il ne fait pas la
différence entre les seuils de détection et les seuils de différence. Fondamentalement, les modes opératoires
mesurent un seuil de différence parce qu’un échantillon d’essai est comparé à un échantillon de référence. En
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ISO 13301:2002(F)
général, l’échantillon de référence n’est pas destiné à contenir le stimulus examiné, mais la présente Norme
internationale n’exclut pas un plan d’expérience dans lequel la référence pourrait contenir le stimulus, ou bien il se
pourrait qu’on ne sache pas si la référence contient le stimulus.
La présente Norme internationale n’est pas applicable au mesurage du seuil de reconnaissance tel qu’il est défini
dans l’ISO 5492. Elle n’aborde pas non plus la normalisation des méthodes de détermination de la qualité de l’air,
car une Norme européenne est en préparation à ce sujet [9].
2 Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui y est faite,
constituent des dispositions valables pour la présente Norme internationale. Pour les références datées, les
amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications ne s’appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes
aux accords fondés sur la présente Norme internationale sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les
éditions les plus récentes des documents normatifs indiqués ci-après. Pour les références non datées, la dernière
édition du document normatif en référence s’applique. Les membres de l'ISO et de la CEI possèdent le registre des
Normes internationales en vigueur.
ISO 5492:1992, Analyse sensorielle — Vocabulaire
ISO 6658:1985, Analyse sensorielle — Méthodologie — Guide général
ISO 8586-1:1993, Analyse sensorielle — Guide général pour la sélection, l’entraînement et le contrôle des
sujets — Partie 1: Sujets qualifiés
ISO 8586-2:1994, Analyse sensorielle — Guide général pour la sélection, l’entraînement et le contrôle des
sujets — Partie 2: Experts
ISO 8589:1988, Analyse sensorielle — Directives générales pour la conception de locaux destinés à l’analyse
3 Termes et définitions
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les termes et définitions donnés dans l’ISO 5492 ainsi que
les suivants s'appliquent.
3.1
stimulus
substance pouvant ou non provoquer une sensation détectable par un ou plusieurs sens en fonction de la quantité
présente
3.2
milieu
tout matériau utilisé pour dissoudre, diluer, disperser ou absorber un stimulus dont le seuil sensoriel doit être
mesuré
3.3
échantillon de référence
quantité de milieu ne contenant pas de stimulus ajouté
3.4
échantillon pour essai
quantité du milieu auquel a été ajouté un stimulus de concentration connue
3.5
essai 1 parmi 3 à choix forcé (3-AFC)
essai de discrimination dans lequel trois échantillons sont présentés au sujet (l’un étant un échantillon pour essai
contenant un stimulus défini connu du sujet, les deux autres étant des références) et pendant lequel le sujet doit
indiquer l’échantillon pour essai
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ISO 13301:2002(F)
3.6
présentation
ensemble de trois échantillons constituant un essai 3-AFC
3.7
modèle de seuil
modèle de détection sensorielle dans lequel un stimulus présenté pour un essai particulier est détecté (entraînant
une réponse correcte) ou n’est pas détecté (entraînant une réponse faite au hasard)
3.8
modèle de la détection du signal
modèle de détection sensorielle dans lequel un stimulus présenté lors d’un essai particulier donne un certain
niveau d’évidence de sa présence
NOTE Cette évidence contribue à une décision par le sujet sur la présence ou l’absence du stimulus.
3.9
seuil de détection
intensité la plus faible d’un stimulus sensoriel qui a une probabilité de détection de 0,5 dans les conditions de
l’essai, calculée à partir du modèle de seuil
3.10
seuil individuel
seuil de détection d’un seul sujet
3.11
seuil moyen
moyenne (dont le type doit être spécifié, par exemple moyenne arithmétique, moyenne géométrique ou médiane)
des seuils individuels
3.12
seuil de groupe à partir de données combinées
estimation obtenue en utilisant la somme des résultats pour un groupe particulier de sujets à chaque concentration
du stimulus comme apport pour ajuster le modèle statistique
4 Principes
4.1 Techniques expérimentales
Le stimulus est présenté dans le milieu à une concentration spécifiée et il est présenté au sujet avec une paire
d’échantillons de référence. Il est demandé au sujet de sélectionner l’un des échantillons comme contenant le
stimulus ou ayant le stimulus à la plus grande concentration. Le sujet doit faire un choix. Il est nécessaire pour un
essai 3-AFC que le sujet soit capable de reconnaître le stimulus.
En règle générale, le stimulus est dissous dans l’air ou dans l’eau. Il est peu probable qu’un gaz autre que l’air soit
utilisé comme milieu gazeux dans les essais avec des sujets humains, mais des solvants autres que l’eau,
solutions aqueuses ou autres solvants, ou des solides, par exemple des aliments, peuvent être utilisés comme
milieux liquides ou solides pour diluer le stimulus comme le nécessite l’expérience. Il est essentiel que le milieu soit
homogène de façon que les éléments de la paire de références soient identiques et les mêmes dans toutes les
présentations.
Le stimulus est présenté à plusieurs concentrations. Les présentations sont répétées, à chaque concentration, un
nombre suffisant de fois pour obtenir la précision désirée sur le seuil et sur les paramètres du modèle
mathématique. La nature des essais répétés (pour un sujet, d’un sujet à l’autre et pour des combinaisons des
deux) est fixée par le plan d’expérience de l’étude.
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4.2 Traitement des données
Le résultat d’une présentation est un résultat binaire — l’échantillon nommé par le sujet est l’échantillon pour essai
(sélection correcte) ou c’est l’une des références (sélection incorrecte). Le nombre de sélections correctes est
additionné pour l'ensemble des présentations et pour chaque concentration du stimulus, et forme, avec le nombre
total de présentations et la concentration du stimulus, les données à traiter pour obtenir les valeurs déduites des
observations. Selon le modèle statistique, le nombre de sélections correctes à une concentration particulière suit
une distribution binomiale.
Pour l’essai 3-AFC, le seuil est la concentration du stimulus à laquelle la proportion de sélections correctes est
égale à 2/3, soit 50 % au-dessus du hasard. Les données, en tant que proportions de sélections correctes, peuvent
être simplement examinées et interpolées pour déduire ce point, mais une estimation plus précise du seuil, et de
ses limites, peut être obtenue en ajustant un modèle mathématique aux données. Un modèle logistique est utilisé
dans les présentes lignes directrices, et le modèle est ajusté par la technique du maximum de vraisemblance ou,
de façon alternative, par la procédure des moindres carrés. L’ajustement évalue les deux paramètres du modèle,
l’un étant un paramètre de situation, l’autre un paramètre de forme. Le premier situe la courbe ajustée sur le
continuum du stimulus, l’autre détermine la raideur de la courbe. La courbe ajustée permet de déduire des
estimations sur les proportions des détections autres que de 50 %.
Le modèle le plus simple à ajuster est celui dans lequel la distribution de la proportion des sélections correctes
provient d’une seule distribution approximativement normale. Un cas type en serait celui où les données
proviennent de répétitions avec un seul sujet. Une fonction logistique unique peut alors être ajustée de façon
adéquate, soit une fonction avec une seule paire de valeurs pour les paramètres de la courbe. Il n’est pas rare que
les sensibilités aux produits chimiques ne se répartissent pas normalement, ni même de façon symétrique parmi
les sujets, et pour certains stimuli chimiques les distributions sont nettement bimodales, mais les écarts par rapport
à une distribution normale sont difficiles à démontrer, à moins que les mesures ne soient faites avec un grand
nombre de sujets, typiquement plus de 100. Une fonction logistique unique ne constituera pas un ajustement
adéquat pour des données provenant d’une distribution qui présente une déviation significative avec une
distribution unique et normale, mais le modèle mathématique peut être étendu pour traiter ces cas.
5 Techniques expérimentales
5.1 Préparation des échantillons
5.1.1 Précautions générales
Voir l’ISO 6658. S’assurer que le stimulus et le milieu sont stables pour toute la durée de l’étude, qu’ils sont non
toxiques et non allergènes. S’assurer qu’ils sont représentatifs de l’objet de l’étude, par exemple des gaz
d’échappement peuvent varier avec le procédé qui les génère, et des substances chimiques peuvent exiger une
purification pour retirer les flaveurs étrangères ou les irritants de la molécule à étudier. Préparer une quantité
homogène de stimulus et de milieu, suffisamment grande pour que les sujets reçoivent des présentations
identiques, à l’exception de la concentration du stimulus et de sa position dans la présentation. Préparer les
échantillons dans un local conforme à l’ISO 8589. Utiliser des récipients qui n’adsorbent pas le produit chimique en
essai et qui n’apportent ni odeur ni goût. S’assurer que la présence ou l’absence du stimulus ne peut pas être
détectée de façon visuelle ou par un moyen quelconque à la disposition du sujet, autre que les sens chimiques.
Stocker les échantillons à l’abri de la lumière et de la chaleur quand ils ne sont pas utilisés.
5.1.2 Gaz
Collecter ou préparer le stimulus et le milieu dans des récipients de type flacons ou ballons enduits de Téflon
(PTFE). Si le stimulus est un gaz inodore contenant une impureté odorante, rincer le récipient et les tubes et
robinets associés plusieurs fois avec un échantillon frais afin de saturer les parois. Pour la même raison et pour
éviter les changements de volume, maintenir une température constante proche de celle qui sera utilisée pour la
présentation des gaz aux sujets. Utiliser des tuyaux et des robinets lisses et enduits de PTFE exempts de points
de changement soudain de pression.
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ISO 13301:2002(F)
5.1.3 Liquides
Pour les stimuli à présenter en milieu aqueux, s’assurer qu’il est possible d’obtenir une dissolution complète et de
la conserver pendant toute la durée de l’expérience. Pour les substances partiellement hydrophobes, préparer le
premier stade de dilution dans de l’éthanol ou de l’éthylène glycol purifié avec du charbon actif pour retirer les
odeurs étrangères. Noter que l’eau distillée et l’alcool absolu présentent souvent des odeurs fortes; utiliser à leur
place des produits de qualité alimentaire et purifier avec du charbon actif si nécessaire. Présenter les substances
complètement hydrophobes dans un solvant non aqueux, par exemple de la paraffine liquide inodore ou du
phtalate de dinonyle, et éviter les récipients en plastique car la substance peut se dissoudre dans le polymère. Lors
de la préparation de dilutions séquentielles, ne pas oublier que plus la dilution est importante, plus la proportion de
stimulus qui peut se perdre par adsorption sur la paroi du récipient est grande. Dans la mesure du possible,
préparer chaque dilution avec une microseringue ou équivalent directement à partir d’une solution de base et éviter
les séquences de préparation de chaque dilution à partir de la précédente.
5.1.4 Solides
Le milieu présentant le plus grand intérêt est en général un aliment, tel que le fromage, le poisson ou la viande. À
moins qu’il n’existe une technique selon laquelle le solide peut être dissous et reconstitué, le diviser finement ou
l’écraser avant d’ajouter le stimulus dans un solvant approprié, puis bien mélanger et laisser le temps au produit
chimique de se diffuser dans la matrice avant de préparer les échantillons pour les présenter aux sujets. Coder
chaque échantillon, par exemple au moyen d’un nombre aléatoire à trois chiffres.
5.2 Sélection des concentrations du stimulus
Faire une série de présentations 3-AFC dont chacune est d’une concentration plus grande que la précédente
d’environ un facteur X. Se guider sur la grandeur acceptable de l’erreur de l’estimation du seuil: choisir en règle
générale X ≈ 3 à 5 pour les études approximatives et X ≈ 2 pour une plus grande précision. Pour chaque sujet,
choisir une stratégie d’expérimentation qui entraînera la définition de l’ogive du modèle logistique en des points
distribués sur sa plage de détection partielle. Les points de données les plus efficaces sont ceux qui correspondent
à des sélections correctes entre 45 % et 90 % dans l’essai, c’est-à-dire p = 0,18 à 0,85.
d
Pour ne gaspiller ni les échantillons ni le temps du sujet, commencer par situer la plage d’intérêt des
concentrations pour chaque sujet à l’aide d’un facteur X élevé. Il convient de noter que ces essais initiaux servent
également à montrer les mécanismes de l’essai et à apprendre aux sujets à reconnaître le stimulus quand il est
au-dessus de leur plage de détection partielle.
Passer à l’ensemble définitif de présentations 3-AFC à des concentrations adaptées à chaque sujet en utilisant un
facteur X faible. Si, une fois terminé, il se révèle que les données ne définissent pas de façon adéquate l’ogive d’un
sujet, administrer des niveaux de concentration supplémentaire jusqu'à ce que ce soit le cas. Demander
régulièrement au sujet de décrire la nature du stimulus détecté de façon à éviter toute perte de mémoire à son
égard. Le fait de poser la question peut également révéler une séquence involontaire de réponses correctes dues
au hasard et non à la détection; par exemple, une série de 3 bonnes réponses par hasard se produira une fois en
27 essais.
5.3 Présentation des échantillons
5.3.1 Préparation
Présenter les échantillons à des sujets installés dans des cabines (voir l’ISO 8589) et observer les règles de bonne
pratique sensorielle, telles qu’elles sont décrites dans l’ISO 6658. Coder les échantillons avec des nombres
aléatoires à trois chiffres ou placer les échantillons selon une disposition arrangée à l’avance, par exemple côte à
côte devant le sujet avec le premier échantillon à gauche, en utilisant la même disposition sur la feuille de réponse.
Pour éviter toute erreur due à la position, équilibrer les trois combinaisons des ordres de présentation, AAB, ABA,
BAA,
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.