电子烟油香料中隐藏的热降解及其控制方法 作者： 研发团队，CUIGUAI Flavoring
发表者： Guangdong Unique Flavor Co., Ltd.
上次更新： 2025 年 10 月 17 日
电子烟液热分解
介绍 在电子烟油开发领域，人们非常关注风味功效、尼古丁释放、润喉感和保质期内的稳定性。然而，一个隐秘且经常被低估的因素是 热降解 蒸发过程中风味化合物的含量。由于风味分子被加热（有时达到数百摄氏度），其中的某些部分可能会被加热。 分解 ，产生新的化合物，其中一些可能是刺激物、毒物或不良风味副产品。这种隐藏的降解会削弱风味保真度，导致异味，增加刺耳感，甚至导致有害排放。
作为电子液体香料的制造商，特别是热驱动设备（电子烟、烟弹系统等）的香料制造商，您设计的香料系统不仅要考虑液体的香气和稳定性，还要考虑 热应力下的弹性 。微小的化学变化——结构断裂、重排、氧化——可以显着改变感知的味道、刺激性或安全性。
在这篇博文中，我们深入研究：
烟油中风味分子热降解的机制和途径 影响降解速度和程度的因素 检测隐藏退化的分析和预测方法 减轻或控制热降解的策略 研发工作流程和最佳实践 示例、案例研究和未来方向
有了这些内容，您的风味团队将能够更好地 预防和控制隐藏的热退化 ，确保您的口味在实际使用中保持清洁、安全和真实的预期特性。
1. 热降解的机制和途径 当风味化合物在汽化过程中被加热时，可能会发生多种化学转变——有些是微妙的，有些是实质性的。了解这些途径对于设计更稳定的风味系统至关重要。
1.1 热解、氧化、重排、裂解 热解 是化学键在热量下的热裂解，通常在低氧或惰性环境中。一些风味分子，尤其是具有双键、芳香环或不稳定取代基的风味分子，在热解应力下可能会断裂或重新排列。
氧化 是与蒸气路径或设备环境中存在的残余氧（或活性氧）发生反应。即使是微量的氧气或金属催化剂也能加速氧化，形成羰基、过氧化物、环氧化物或羧酸衍生物。
重新排列 包括将一种结构异构体转化为另一种结构异构体的分子内转变（例如，通过自由基或离子中间体），有时会轻微改变香气特征。
碎片化 产生更小的分子片段——醛、酮、酸、酚，甚至芳香烃——可能带有不良气味或反应性。
结果， 蒸气可能含有原本不存在于液体中的分子 ，一些可能具有刺激性或有害性。
A study of 90 flavor chemicals under thermal degradation screening found that while many transferred > 95% intact, many still yielded tens of degradant molecules (even if as minor components).
此外，基础溶剂（丙二醇、甘油）本身在加热下会降解为醛类，例如甲醛、乙醛和丙烯醛，从而增加了挥发性羰基化合物的背景负担。
1.2 风味类漏洞：萜烯类、醛类、酯类、糖苷类 并非所有风味类别在高温下都同样脆弱。一些关键观察结果：
萜烯/单萜 ：这些特别容易氧化和重排。例如，α-蒎烯和萜品油烯在100-300℃下发生开环、环氧化、重排和裂解。牛等人。在蒸汽模拟盘管加热环境中分别鉴定出 36 和 29 种反应产物。 芳香醛/肉桂醛/丁子香酚 ：在高温下，这些化合物可以进一步氧化或分解，生成甲醛、乙醛，有时还生成苯。 2022 年的一项雾化研究表明，在较高温度下，肉桂醛和薄荷醇的燃烧会显着增加甲醛和乙醛的形成。 酯和挥发酸的酯 ：酯类容易水解（如果存在微量水），以及热解成醇+酸片段。 糖苷/糖衍生物 ：在加热下，糖苷键可能会断裂，糖会降解为呋喃、羟甲基糠醛（HMF）等。 醇和溶剂-风味相互作用 ：某些醇在加热下可能会部分氧化或与风味自由基相互作用。
总之，具有不饱和键、芳香系统或不稳定取代基的风味分子面临更高的隐藏降解风险。
1.3 器件环境的作用：温度梯度、氧气、金属催化 实际电子烟设备中的热降解并不均匀。一些微环境因素加剧了隐藏的退化：
温度热点 ：加热线圈可能存在局部热点，特别是在干芯或低芯饱和条件下。这些热点可能会超过平均盘管温度并引发局部降解反应。 瞬态过功率/电压尖峰 ：在不一致的电力传输系统中，瞬态浪涌可能会短暂升高温度，从而推动退化反应。 残留氧/自由基 ：少量的环境氧气（或引入的空气）可以驱动氧化途径，特别是在具有进气口的设备中。一项外部调制研究表明，氧气和微量金属离子的存在会促进电子烟液在加热下的氧化。 金属催化及卷材 ：镍铬合金、不锈钢或其他合金可能会催化自由基化学反应，加速降解。表面金属（例如铁、铜）可以协助氧化还原循环，产生活性氧。 停留时间/抽吸持续时间 ：较长的抽吸会增加热停留时间，从而使降解途径变慢。 芯饱和度、液膜和蒸汽边界层 ：不完全饱和或薄膜沸腾情况可能会导致线圈附近的风味化合物部分热解。
由于汽化环境是动态的且空间异质的， 微域中可能发生隐藏的退化 即使整体温度看起来是安全的。
2. 影响降解速度和程度的因素 为了管理隐藏的降解，您必须了解哪些因素控制风味分子在使用过程中降解的程度。以下是关键变量及其相互作用。
电子烟线圈热图
2.1 活化能、键强度和分子结构 键解离能 (BDE) 越高或结构稳定性越高，化合物的耐热性就越高。不饱和键、弱连接、稳定自由基的取代基或共轭系统可能会减少活化势垒。因此：
饱和、稳定的分子 倾向于抵制碎片化。 共轭或芳香系统 可以稳定自由基，但也允许重排或共振驱动的裂解。 给电子取代基 可能会降低相邻键的键能，从而增加反应性。 位阻/分子刚性 可以通过限制构象迁移率来减缓分解。
因此，在风味分子选择中，优先选择具有以下性质的化合物： 更高的热弹性 （更高的活化势垒）并避免具有已知不稳定键的结构。
2.2 浓度、挥发度和局部分压
浓度更高 风味的增加会增加其在蒸气区域的分压，这可以驱动更多的反应途径或自由基相互作用。 挥发性 ：挥发性较高的化合物在盘管附近停留在气相的时间较长，并且可能更容易发生降解。 局部边界层浓度梯度 ：靠近线圈，高局部浓度可能会产生更高反应性的微域。
因此，降低风味负载或使用较低挥发性类似物可以减少热分解。
2.3 溶剂基质（PG/VG比、含水量、添加剂） 风味所在的基质可以调节降解行为：
控球后卫 vs VG ：PG 比 VG 更容易降解为活性羰基，增加氧化负担。平衡的或富含 VG 的基质可以缓冲热应力。 含水量/湿度 ：微量水可以催化水解反应或支持自由基传播。 添加剂/稳定剂 ：溶剂系统中的抗氧化剂、自由基清除剂、金属螯合剂或酸性缓冲剂可以抑制级联降解。 离子强度/盐 ：离子添加剂可以影响自由基途径或电导率和催化作用。
仔细管理基础基质成分对于控制隐藏的退化至关重要。
2.4 抽吸参数、停留时间和使用模式
抽吸持续时间和体积 ：较长的泡芙会增加风味分子暴露在高温下的时间。 抽吸间隔 ：间隔太短可能无法冷却，从而在泡芙上累积热应力。 功率/瓦数设置 ：较高的瓦数明显会提高线圈温度并加速降解动力学。 吸入阻力和气流 ：较低的气流（拉紧）会减慢冷却速度并加剧边界层加热。
在配方设计过程中，除了标称使用之外，还要考虑“压力场景”（长时间抽吸、高瓦数）。
3. 检测隐藏退化的分析和预测方法 由于隐藏的热降解可能不会在未蒸发的液体中显现出来，因此您需要专门的分析策略和预测工具来检测和量化它。
电子烟液劣化检测工作流程
3.1 热降解筛选装置（热解仪+GC/MS） 一个黄金标准是 热解装置与 GC/MS 联用 （或 TD-GC/MS）来模拟线圈加热并分析故障产物。例如，奥尔德姆等人。使用模拟电子烟线圈条件的热解器来筛选 90 种风味化学物质，量化乙醛、丙烯醛、缩水甘油和非目标降解物。
关键步骤：
将香料（在基质中）暴露于受控高温（例如 275–475 °C） 收集气态分解产物 通过 GC/MS、质谱或非靶向扫描进行分析 比较残留母体化合物与新形成的产品
这将为您提供降解概况以及风味在实际使用中如何降解的估计。
3.2 实际吸烟条件下的气溶胶表征 虽然 Pyro-GC 很有用，但实际的设备测试增加了真实性。使用受控电子烟设备收集气溶胶并分析：
挥发性副产品负担 ：醛类、酮类、酸类、PAHs（多环芳香烃） 气相和颗粒相分解产物 有味与无味电子烟油的比较
例如，研究表明，通过雾化，肉桂醛和薄荷醇在高温条件下会产生更多的甲醛和乙醛。 考研
3.3 预测建模和机器学习 最近的进展将化学信息学和机器学习相结合来预测热解反应性：
一项研究 科学报告 使用图卷积神经网络 (GCN) 来预测 180 种风味化学品可能的热解途径。该模型生成了数千种候选降解产物，其中许多与实验质谱证据在统计上相关。 其他人应用预测毒性分类来预测哪些降解物可能造成刺激或健康风险。
这些预测模型可以在实证测试之前对候选风味进行分类。
3.4 差热分析、TGA/DSC技术 技术如 热重分析 (TGA) 和 差示扫描量热法 (DSC) 可以提供热稳定性“指纹”：
TGA 显示特定温度范围内的质量损失（表明分解）。 DSC 显示放热或吸热转变，可能对应于击穿开始。
通过比较风味化合物或混合物，您可以标记热稳定性较低的化合物或混合物。
3.5 感官和感官验证 最后，将分析结果与 感官评估
比较热应激前后的风味强度和异味外观（例如通过加热样品或老化蒸汽） 进行并行评估：新鲜样品与“预热”样品 味觉或“喉咙感觉”测试以检测细微的刺激物
这些方法相结合，提供了隐藏的热降解风险的整体情况。
4. 减轻和控制热降解的策略 鉴于潜在的潜在降解，您的配方选择可以在减轻降解方面发挥重要作用。以下是可行的策略。
4.1 选择热弹性风味分子
优先选择饱和、稳定的化合物，而不是高度不饱和或高度官能化的化合物。 使用已知可抵抗碎裂的类似物或衍生物（例如氢化萜烯、稳定酯）。 除非必要，否则避免使用具有弱键的分子（例如不稳定的醚或烯丙基系统）。
4.2 降低风味负荷并稀释高风险类别
使用 最低有效浓度 口味以减少接触。 特别是对于热脆弱类别（萜烯、醛），减少剂量或使用更稳定的化合物进行部分替代。 使用 风味叠加 ：结合多种小剂量化合物而不是一种高强度成分。
4.3 加入抗氧化剂、自由基清除剂和稳定剂
抗氧化剂 （例如抗坏血酸衍生物、BHT、生育酚类似物）可以减缓香料的氧化。 自由基清道夫 （例如受阻酚）可能会在进一步降解之前淬灭中间自由基链。 金属螯合剂 （例如 EDTA 衍生物、螯合配体）可减少痕量金属的催化降解。 酸或缓冲液稳定 ：弱酸性环境可能不利于自由基级联反应。
必须评估所有添加剂的吸入安全性和法规合规性。
4.4 优化溶剂基质和水分控制
使用 富含 VG 或平衡 PG/VG 比例以减少 PG 氧化产生的背景热应力。 Minimize water or humidity in the e-liquid (e.g. < 0.1%) to reduce hydrolysis pathways. 控制可能催化分解的离子含量或盐。
4.5 硬件感知设计：管理温度、停留时间和气流
限制最大线圈温度（例如通过功率上限或温度控制）。 设计灯芯和液体流动，以防止灯芯干涸或局部过热。 确保足够的气流（冷却）以清除自由基或活性物质。 使用可减少边界层停滞区的雾化器几何形状。 避免过度供电或工作循环对风味系统造成压力。
4.6 脉冲或分级加热设计（适用于高级系统） 一些先进的设备允许 脉冲加热 或阶梯式功率曲线。你可以：
以较低功率预热，首先蒸发溶剂，减少自由基负荷 使用交错升温来减少对风味分子的瞬时热冲击 设计具有分级挥发的风味系统（挥发性较小的核心和挥发性较高的前调）
这种方法可以减少瞬时热应力。
4.7 封装或微封装技术 风味分子的微胶囊可以保护它们免受直接热暴露直至蒸发：
使用仅在规定温度下降解的热稳定壳基质（例如二氧化硅、脂质壳） 封装高度敏感的化合物并逐渐释放它们 共封装稳定剂+香料以屏蔽反应位点
封装在技术上更加复杂，但提供了强大的缓解途径。
5. 研发工作流程和最佳实践 要系统地解决风味设计流程中隐藏的热降解问题，请遵循严格的工作流程。
5.1 第一阶段：预筛选和候选人分类
分子筛选 ：使用化学信息学评估潜在的风味分子（例如键能、结构脆弱性）。 TGA/DSC 筛选 ：进行早期热稳定性测试以标记弱分子。 预测建模 ：使用机器学习或热解模拟工具来预测潜在的降解产物。 在制定前排除高风险候选人。
5.2 第二阶段：基准制定和热应力模拟
创建标称浓度的原型风味混合物。 受 热应力 （例如，在 80–120 °C 下加热数天，或模拟线圈加热的短脉冲）。 使用pyro-GC/MS 测定降解产物和母体损失。 比较“轻度压力”与“高压力”下的风味，以了解降解动力学。
5.3 第三阶段：设备级气溶胶测试
使用参考设备和抽吸方式（不同的瓦数、持续时间）。 收集气溶胶并进行 GC/MS 或羰基捕获以评估副产物的形成。 比较加味电子烟液与空白电子烟液，以隔离与风味相关的降解。 进行感官检查以发现异味或喉咙感觉刺耳的感觉。
5.4 第四阶段：迭代优化
如果降解物超过阈值，则重新设计（减少负载、替代分子、添加稳定剂）。 在所有先前步骤中重新测试更新后的版本。 记录容差、降级裕度和安全使用窗口。
5.5 第五阶段：长期验证和稳定性
在压力和环境条件下进行货架老化。 定期模拟气溶胶的产生并测试降解物形成随时间的增加。 监测潜在的降解途径是否随着风味纯度或基质变化而出现。 为您的风味系列积累降解风险模型。
所有阶段都应与感官验证交叉链接，以确保缓解策略不会降低所需的风味散发。
6. 案例研究和说明性例子 6.1 案例：α-蒎烯（萜烯）降解 牛等人。研究了原位热解吸条件（100–300 °C，可变 O2）下的 α-蒎烯，并鉴定了数十种反应产物（开环、重排、氧化化合物）。相对浓度取决于温度和氧气。
这凸显了在调味电子烟液中使用单萜的风险——尤其是在更高功率、更长的抽吸时间或暴露在空气中的设备中。
6.2 案例：高温下肉桂醛/薄荷醇 在雾化实验中，研究人员发现，在较高的温度设置下，肉桂醛和薄荷醇会显着增加甲醛和乙醛的含量，在某些情况下甚至会增加苯的含量。
因此，即使是“温和”的风味添加剂在极端条件下也可能产生有害的副产品。
6.3 案例：功率级诱发击穿 在对多种功率设置下的电子烟设备的研究中，Uchiyama 等人。观察到热分解产物随瓦数的变化而变化：较高的功率会增加醛的产量，并且根据品牌和加热曲线出现与风味相关的分解产物。
这表明设计在预期设备功率范围内稳健的风味系统的重要性。
6.4 预测与经验的一致性 Kishimoto 等人提出的基于 GCN 的预测模型。研究预测了许多热解转变；当与 MS 碎片数据对齐时，高比例的子离子与观察到的产物离子相匹配，从而验证了预测方法。
这表明，将计算机筛选与经验测量相结合可以加速候选风味的风险评估。
7. 风味工程师的实用指南和技巧 以下是指导团队决策的一组综合指南：
始终尽早筛查热稳定性 ——不要等到后期配方。 最大限度地减少风味负荷 如有可能。 支持热稳定类别 （不饱和度较低，结构刚性）。 包括抗氧化剂、自由基清除剂和金属螯合剂 在允许的情况下。 控制溶剂基质 ：偏爱 VG 或平衡 PG/VG，尽量减少水。 设计设备使用裕度 ：避免极端的瓦数或抽气。 测试边缘用例 ：长时间抽吸、功率浪涌、部分饱和。 监控货架老化影响 ：老化的液体会产生更多的降解物吗？ 记录安全操作窗口 ：定义每种风味配方的最大推荐瓦数或抽吸持续时间。 使用预测建模 以减少经验工作量。 与竞争对手基准进行比较测试 确保您的产品在实际使用中保持安全。
8. 总结与结论 电子烟油香料的隐藏热降解是一个很容易被忽视的关键风险因素。虽然液体稳定性经常受到关注， 真正的考验是高温下的性能 。小规模的化学变化——键断裂、氧化、重排——可能不会立即被察觉，但随着时间的推移或在压力下，它们可能会导致异味、刺激性或有害排放。
通过应用机理理解、部署高级分析（热解-GC、ML 预测）以及设计具有固有热弹性的风味系统（分子选择、稳定性、硬件感知约束），风味剂制造商可以显着降低隐藏降解的风险。
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