Analyse de la microstructure et de la volatilité des arômes des e-liquides : le fondement technique du vapotage de nouvelle génération

Auteur:Équipe de R&D, arôme de Cuiguai

Publié par:Guangdong Unique Flavour Co., Ltd.

Dernière mise à jour:28 octobre 2025

Ingénierie de précision pour l'expérience de vapotage

Microstructure e-liquide avec interaction saveur-support

Dans l’industrie des e-liquides en évolution rapide, la qualité et la cohérence du profil aromatique sont primordiales. Les saveurs ne sont pas de simples ingrédients ; ils constituent la signature chimique qui définit l'expérience du consommateur, influençant tout, de la perception initiale à l'adhésion à long terme. Pour les fabricants professionnels, le succès dépend d’une compréhension technique approfondie des performances aromatiques au sein de la matrice du e-liquide, en particulier de lamicrostructureetvolatilitédes composés aromatiques.

Cette analyse technique complète va au-delà de la formulation de base pour explorer les interactions physicochimiques qui régissent la stabilité, la libération et la transformation de l'arôme au cours du processus d'aérosolisation. Nous analyserons le rôle des supports de base (propylène glycol, PG et glycérine végétale, VG), examinerons comment les molécules d'arôme se répartissent au sein de la solution complexe d'e-liquide et analyserons l'impact critique de la chaleur sur leur comportement volatil. En maîtrisant la science des arômes pour e-liquides, les fabricants peuvent garantir l’intégrité des produits, optimiser l’efficacité de la livraison et relever de manière proactive les défis complexes en matière de réglementation et de sécurité inhérents aux produits inhalables.

I. La microstructure du e-liquide : une matrice physicochimique

Le e-liquide est fondamentalement une solution complexe à plusieurs composants. Sa microstructure, ou la manière dont les molécules qui la composent s'organisent, dicte le comportement des composés aromatiques, tant dans la bouteille que lors de la chauffe. Comprendre cette matrice est le point de départ de l’ingénierie précise des arômes.

A. Le rôle du propylène glycol (PG) et de la glycérine végétale (VG)

PG and VG serve as the primary solvent carriers, constituting up to 90% or more of the e-liquid volume. Their physical and chemical differences profoundly affect the flavor experience.

• Propylène glycol (PG):
  • Microstructure :Le PG est moins visqueux et a un poids moléculaire inférieur à celui du VG. Sa taille moléculaire plus petite et sa polarité élevée en font unexcellent solvant et support d'arôme. Les composés aromatiques, qui sont souvent semi-polaires, ont tendance à se dissoudre facilement et à se répartir plus favorablement dans la phase PG.
  • Volatilité:PG has a lower boiling point ($\approx 188^{\circ}\text{C}$) and a higher vapor pressure compared to VG. This higher volatility means it readily vaporizes at lower temperatures, leading to alibération de saveur plus nette, plus intense et plus rapidelors du chauffage. Il est également responsable de la sensation distincte de « coup de gorge ».
• Glycérine végétale (VG):
  • Microstructure :VG is highly viscous, has a higher molecular weight, and contains an additional hydroxyl ($\text{OH}$) group, leading toliaison hydrogène intermoléculaire plus forte. Cette viscosité plus élevée et cette douceur plus grande peuvent parfois« muter » ou atténuer les notes aromatiques subtilesen ralentissant physiquement la diffusion des molécules aromatiques et en interférant subtilement avec les récepteurs du goût.
  • Volatilité:VG has a higher boiling point ($\approx 290^{\circ}\text{C}$) and a lower vapor pressure. It is less volatile than PG, resulting in a slower vaporization rate and the production ofdes nuages ​​d'aérosols plus denses et plus épais.

B. Répartition des saveurs et solubilité

Les concentrés d'arômes sont des mélanges complexes de composés organiques (alcools, aldéhydes, esters, cétones, terpènes) avec différents degrés de polarité.

• Solubilité différentielle :Les molécules aromatiques n’interagissent pas de la même manière avec le PG et le VG. Les composés de polarité plus élevée (par exemple, la vanilline, l'éthyl maltol) présentent une bonne solubilité dans les deux. Les composés moins polaires et hydrophobes (par exemple, certains terpènes ou composants d'huiles essentielles) peuvent montrer une solubilité limitée et peuvent parfois exister sous formenano- ou micro-gouttelettes (une microémulsion)au sein du support PG/VG, en particulier dans les formulations à haute teneur en VG.
• L’impact du ratio PG/VG :LeRapport PG/VG(par exemple, 50:50, 70:30, 30:70) contrôle fondamentalement laviscositéetpolarité, qui, à son tour, dicte le micro-environnement de la saveur. Un rapport PG élevé garantit une solubilité maximale des arômes et une distribution plus rapide, tandis qu'un rapport VG élevé exige des arômes plus concentrés pour atteindre la parité, nécessitant souvent de prendre en compte la taille et la stabilité des gouttelettes. La London Vape Company note que pour une saveur optimale, un rapport PG:VG uniforme (50:50) est souvent meilleur, car le PG transporte la saveur et la nicotine plus efficacement que le VG. (La London Vape Company,Le guide ultime des ratios PG VG, 2025).

C. Stabilité chimique et dégradation

La matrice du e-liquide n’est pas chimiquement inerte. Les molécules aromatiques interagissent entre elles et avec la base porteuse au fil du temps et sous contrainte thermique.

• Oxydation:Oxydationest le principal responsable de la dégradation de la saveur. L'exposition à l'oxygène (par exemple, lorsque la bouteille est ouverte) et à la lumière provoque la dégradation chimique des composants aromatiques, entraînant une perte de dynamisme, un assombrissement du liquide et le développement de notes désagréables.
• Formation d'acétals :Une réaction chimique cruciale implique certainsarômes aldéhydiques(par exemple, le benzaldéhyde, le cinnamaldéhyde, la vanilline) réagissant avec les diols et les triols (PG et VG) pour formeracétalsetbouilloires. Il ne s’agit pas nécessairement d’une réaction indésirable dans la bouteille (elle peut parfois « adoucir » la saveur), mais l’ampleur de cette réaction affecte la concentration de l’aldéhyde initial disponible pour la vaporisation et, plus critique encore, la dégradation thermique ultérieure de ces nouveaux composés dans l’aérosol.

II. Volatilité et analyse thermique : le processus d'aérosolisation

Au moment où l'e-liquide entre en contact avec la bobine chauffée, ses composants (PG, VG, nicotine et arômes) subissent des transitions de phase rapides et une décomposition thermique. La volatilité des composés aromatiques par rapport aux supports est la clé d’une délivrance efficace de l’arôme.

A. La définition de la volatilité des e-liquides

Dans le cadre des e-liquides,volatilitéfait référence à la tendance d’une substance à se vaporiser. Il est quantitativement lié à la composition du composé.pression de vapeuretpoint d'ébullition.

• Haute volatilité (faible point d'ébullition/pression de vapeur élevée) :Les composés comme les esters (par exemple l'acétate d'éthyle), les alcools à chaîne courte et certains aldéhydes se vaporisent facilement à des températures de serpentin plus basses. Il s’agit généralement des « notes de tête » ou des premières saveurs perçues par l’utilisateur.
• Faible volatilité (point d’ébullition élevé/faible pression de vapeur) :Les composés comme les cétones plus lourdes, certains terpènes et les grosses molécules aromatiques nécessitent des températures de serpentin plus élevées pour se vaporiser complètement. Ceux-ci contribuent aux « notes de fond » et au « corps » de la saveur.

B. Vaporisation fractionnée et dynamique de libération des arômes

La vaporisation d'un e-liquide est un processus dedistillation fractionnéeaccélérée par une exposition thermique rapide.

• Efficacité de transfert différentiel :Leefficacité du transfertd’un composé aromatique – le pourcentage qui passe de la phase liquide à la phase aérosol – est directement proportionnel à sa volatilité relative par rapport au support PG/VG. Les molécules aromatiques très volatiles sont aérosolisées efficacement, tandis que les molécules peu volatiles peuvent rester sur la bobine, entraînant une « chute » de l'arôme ou une dégradation/combustion potentielle (le phénomène de « dry-hit »). Des études ont montré que l'efficacité du transfert des arômes chimiques dépend fortement de la structure chimique, ainsi que de la puissance de l'appareil et de la topographie de la bouffée. (Talih et coll.,Suivi du mouvement des produits chimiques aromatisants des cigarettes électroniques et de la nicotine depuis les liquides de recharge jusqu'aux aérosols, aux poumons, à l'expiration et à l'environnement, 2022).
• Dégradation thermique:Il s’agit de la préoccupation la plus critique en matière de sécurité et de qualité. Lorsque les composés aromatiques sont chauffés au-dessus de leur limite de stabilité thermique (une température souvent atteinte lorsque des liquides à haute teneur en VG sont utilisés avec des serpentins de faible puissance, ou lorsque le serpentin fonctionne à sec), ils peuvent subirpyrolyse(décomposition thermique) pour former de nouveaux composés organiques volatils (COV) potentiellement nocifs.
  • Génération d'aldéhyde :Les composants aromatiques courants comme le cinnamaldéhyde et le benzaldéhyde, ou même les supports de base (PG/VG), peuvent se décomposer sous une chaleur extrême pour générercomposés carbonyléstels que le formaldéhyde, l'acétaldéhyde et l'acroléine. Pour les fabricants, atténuer ce risque nécessite de formuler des composés aromatiques qui présentent une stabilité thermique élevée et de fournir des conseils clairs sur les réglages de puissance optimaux.

C. Techniques analytiques pour la volatilité des arômes

La formulation précise des arômes s’appuie sur une chimie analytique avancée pour cartographier le profil volatil d’un arôme dans des conditions d’utilisation simulées.

• Chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie-masse (GC-MS):C'est leétalon-orpour analyser les composants des e-liquides et leur volatilité.
  • Headspace-GC-MS :Utilisé pour analyser lephase gazeuseau-dessus du e-liquide à différentes températures. Cela imite la vapeur inhalée par la bouche.
  • Désorption thermique-GC-MS :Utilisé pour analyser leaérosollui-même, capturant à la fois les molécules aromatiques intactes et tous les produits de décomposition thermique formés sur le serpentin chauffé. Ceci est crucial pour vérifier la sécurité et la cohérence des produits sur différents appareils.

Diagramme de vaporisation d'e-liquide et de risque pyrolytique

III. Sélection des composés aromatiques : stabilité et sécurité dès la conception

Pour un fabricant d’arômes pour e-liquides, la sélection des matières premières doit être guidée non seulement par l’impact sensoriel mais également par la stabilité thermique et à long terme inhérente à la structure chimique.

A. Donner la priorité aux composés thermiquement stables

Les fabricants doivent évaluer soigneusementtempérature de décomposition thermiquede chaque composé aromatique destiné à être utilisé dans les e-liquides.

• Évitez les composés à haut risque :Certaines classes chimiques, notamment celles contenantaldéhydeetcétoneLes groupes fonctionnels sont connus pour être thermiquement réactifs et peuvent présenter un risque plus élevé de formation de carbonyles nocifs lors du chauffage.Diacétyleet son proche parent structurelacétylpropionylesont des exemples bien connus qui ont été largement retirés de l’industrie en raison de problèmes de santé liés aux effets respiratoires potentiels.
• Analyse structure-fonction :Flavor chemists often favor compounds with high molecular weight, low vapor pressure, and chemical structures that are less susceptible to bond cleavage at typical vaping temperatures ($100^{\circ}\text{C}-250^{\circ}\text{C}$). Utilizing compounds from known, stable chemical classes, such as certain esters or stable aromatic structures, minimizes the risk of unintended transformation.

B. Gestion de la concentration et de la complexité des arômes

La force de la saveur et la complexité perçue sont directement corrélées à la charge chimique et au potentiel d’interaction au sein de l’e-liquide.

• Chargement optimal :Des concentrations élevées d'arôme augmentent la masse totale de composés organiques chauffés, ce qui peut entraîner une toxicité accrue des aérosols et un encrassement des serpentins. La formulation vise àConcentration minimale efficace (MEC)qui fournit le profil sensoriel cible.
• Effets synergiques et antagonistes :Lorsque plusieurs composés aromatiques sont mélangés, ils peuvent présentersynergiqueouantagonisteeffets sur le goût et la toxicité. Un mélange d'aromatisants peut produire une production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) et une cytotoxicité plus élevées que la somme des composants individuels, ce qui implique un plus grand risque pour la santé lorsque plusieurs arômes sont présents. (Muthumalage et al., cité dans Taylor et al.,Interactions chimiques et physiologiques entre les constituants du e-liquide : un sujet d'inquiétude ?, 2024). Des tests complets dumélange de saveurs finalesn'est donc pas négociable.

C. Exigences réglementaires et de transparence

L’environnement réglementaire mondial des e-liquides exige une transparence totale et une justification de la sécurité.

• Divulgation des ingrédients:Les fabricants réputés doivent fournir une divulgation complète de tous les ingrédients aromatiques à leurs clients et aux organismes de réglementation. Cela inclut la liste de tous les composants aromatiques primaires par numéro CAS.
• Données toxicologiques :Chaque composé doit être évalué pour son profil toxicologique par inhalation. Saveurs généralement reconnues comme sûres (Gras) destinés à l'ingestion d'aliments ne peut pas automatiquement être considéré comme sans danger pour l'inhalation, car la voie d'exposition modifie considérablement la réponse biologique.

Tableau de volatilité des arômes et d'efficacité du transfert différentiel

IV. Au-delà de la formulation : stabilisation et contrôle de la fabrication

L’obtention d’une saveur constante et performante nécessite un contrôle qualité rigoureux et une gestion de la stabilité tout au long du cycle de vie du produit.

A. Durée de conservation et stabilité au stockage

La dégradation de la saveur au fil du temps a un impact direct sur la qualité du produit final et la satisfaction du consommateur.

• Contrôle de la température et de la lumière :Flavors are best stored in cool, dark environments ($\approx 15^{\circ}\text{C}-21^{\circ}\text{C}$) to minimize the rate of oxidation and thermal-induced reactions. Storing e-liquids in the dark and at cold temperatures can significantly improve the stability of flavorings over time. (Chen et al.,Stabilité des produits chimiques aromatisants dans les liquides des cigarettes électroniques : une étude naturaliste sur le vieillissement des produits sur 24 mois, 2024).
• Antioxydants et stabilisants :L'utilisation stratégique d'ingrédients mineurs, tels que certains antioxydants, peut être utilisée pour éliminer les radicaux libres et ralentir l'oxydation des molécules sensibles d'arôme et de nicotine, prolongeant ainsi la durée de conservation perçue du e-liquide final.

B. Fabrication et assurance qualité (AQ)

L’intégrité du concentré d’arômes doit être maintenue tout au long du processus de mélange.

• Homogénéité:En raison de la large plage de viscosité et de la solubilité différentielle, on obtient unhomogénéitédans la solution finale PG/VG est critique. Un équipement de mélange à cisaillement élevé doit être utilisé pour assurer une dispersion uniforme, en particulier pour les composants d'arôme hydrophobes, empêchant ainsi la séparation ou les « points chauds » de l'arôme concentré.
• Cohérence par lots à lot:L'aspect le plus difficile techniquement est de parvenircohérence de lot à lot. Les variations dans la composition des matières premières (même des changements infimes dans les sous-composants aromatiques) peuvent modifier le profil de volatilité du produit final. Les fabricants réputés doivent employer des méthodes strictesCertificat d'analyse (COA)normes pour tous les arômes entrants et effectuer des contrôles d’assurance qualité sur chaque lot sortant à l’aide de méthodes GC-MS validées pour vérifier les concentrations cibles.

Conclusion : le goût de l'ingénierie, garantir la confiance

Le voyage d’un arôme de e-liquide – depuis un composé aromatique brut jusqu’à une expérience sensorielle en aérosol – est un processus chimique et physique sophistiqué régi par les lois de la microstructure et de la volatilité. Pour le fabricant d’arômes, le succès n’est pas accidentel ; c'est le résultat d'une rigueur technique dédiée.

En se concentrant sur leinteraction physico-chimiquede molécules aromatiques au sein de la matrice PG/VG, analysant méticuleusement lesstabilité thermiqueetvaporisation fractionnéed'ingrédients et en adhérant aux normes les plus élevées de validation analytique (par exemple, GC-MS), nous pouvons concevoir des saveurs qui sont non seulement captivantes en termes de goût, mais également optimisées pour une livraison cohérente et efficace et la sécurité du consommateur. Cet engagement envers l’excellence scientifique est ce qui différencie un simple fournisseur d’un véritable partenaire technique dans l’avenir de l’industrie du e-liquide.

Nous croyons quela science est le fondement de la confiance. Collaborez avec nous pour garantir que vos produits répondent aux normes les plus strictes en matière de performances aromatiques, de stabilité et de conformité réglementaire.

Analyse des arômes avec GC-MS

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