Полное руководство по системам маслом в воде и водой в масле в системах ароматизации электронных жидкостей

作者： Команда исследований и разработок, CUIGUAI Flavoring

Опубликовано: 广东独特风味有限公司

最后更新：May  13, 2026

WhatsApp & Telegram:+86 189 2926 7983

Визуализация эмульсий типа O/W и W/O

В высококонкурентной и стремительно развивающейся индустрии электронных жидкостей сенсорное восприятие играет ключевую роль. Настоящий премиум-продукт основывается не только на качестве отдельных сырьевых материалов, но и на изысканной физико-химической архитектуре, объединяющей их. Для ароматических химиков и производителей электронных жидкостей достижение идеальной гармонии между летучими ароматическими соединениями, эфирными маслами и стандартной основой из пропиленгликоля (PG) и растительного глицерина (VG) представляет собой сложную термодинамическую задачу.

At the heart of this challenge lies the science of emulsions. Because many potent flavor components—such as natural citrus extracts, heavy dessert notes, and complex essential oils—are inherently hydrophobic (water-repelling) and poorly soluble in polar solvents, manufacturers must rely on advanced emulsification technologies to ensure a homogeneous, stable, and highly bioavailable flavor profile.

Этот всесторонний технический гид станет исследованием важнейших аспектов науки о oil-water emulsion systems, specifically analyzing the structural, thermodynamic, and functional differences between Oil-in-Water (O/W) and Water-in-Oil (W/O) emulsions. Tailored for formulation engineers and procurement specialists—with a specific focus on robust stability requirements crucial for markets with demanding logistical climates, such as the Russian Federation and the CIS—this article will serve as your foundational blueprint for next-generation flavor design.

一、Физико-химические основы эмульсий

Before exploring the specific categorizations of emulsions, it is essential to establish a rigorous scientific baseline. By definition, an emulsion is a colloidal dispersion of two or more immiscible liquids, where one liquid (the dispersed or internal phase) is distributed as microscopic or nanoscopic droplets within the other (the continuous or external phase) [1].

Because mixing two immiscible liquids (like oil and water) decreases the entropy of the system and increases the interfacial surface area, emulsions are inherently thermodynamically unstable. According to the Gibbs free energy equation ( ΔG = γΔA – TΔS ), the system will naturally seek to minimize its energy state by coalescing the droplets and eventually separating into two distinct bulk phases.

Для предотвращения этого естественного разрушения создатели формул используют эмульгаторы — поверхностно-активные вещества (поверхностно-активные агенты), которые мигрируют к границе раздела масла и воды, снижая межфазное напряжение (γ ) and creating a protective steric or electrostatic barrier around the dispersed droplets. The strategic selection of these surfactants determines whether the resulting system will form an O/W or a W/O emulsion, which in turn radically alters the physical behavior of the electronic liquid flavoring.

Для тех, кто желает ознакомиться с применением этих принципов в передовых продуктах, рекомендуем ознакомиться с нашими последними исследованиями. advanced flavor formulation strategies here.

二、Differences: Oil-in-Water (O/W) vs. Water-in-Oil (W/O) Emulsions

Понимание различий между этими двумя основными типами эмульсий — ключевой этап в проектировании ароматических систем. Непрерывная фаза определяет основные физико-химические свойства эмульсии, такие как вязкость, электропроводность, ощущение во рту и растворимость в конечной матрице PG/VG электронных жидкостей.

1. Phase Architecture

• Oil-in-Water (O/W):В эмульсии типа O/W микроскопические капли масла (липиды, эфирные масла, гидрофобные ароматические соединения) равномерно распределены в непрерывной водной или высокополярной фазе (вода, пропиленгликоль или этанол). Внешняя фаза является полярной.
• Water-in-Oil (W/O):Conversely, a W/O emulsion features droplets of water or polar solvents trapped within a continuous matrix of oil. The external phase is non-polar.

2. The Role of HLB (Hydrophilic-Lipophilic Balance)

Наиболее надежным предиктором типа образующейся эмульсии является правило Бэнкрофта, которое гласит, что фаза, в которой эмульгатор более растворим, образует непрерывную фазу [2]. Этот показатель определяется с помощью шкалы гидрофильности-липофильности (HLB), разработанной Уильямом Гриффином в середине XX века.

• High HLB Surfactants (8 – 18):Эти молекулы имеют более крупную, доминирующую гидрофильную (водолюбивую) головку по сравнению с липофильным хвостом. Они чрезвычайно растворимы в воде/PG и активно способствуют образованию O/W emulsions. Common examples include Polysorbates (Tween 20, Tween 80).
• Low HLB Surfactants (3 – 6):Эти молекулы обладают доминирующим липофильным хвостом и лучше растворимы в маслах. Они способствуют формированию W/O emulsions. Common examples include Sorbitan esters (Span 80) and lecithin.

Шкала HLB для поверхностно-активных веществ

3. Dispersion and Dilution Capabilities

A vital difference for e-liquid manufacturers is how these emulsions behave when diluted.

• O/W EmulsionsЛегко разбавляется водой, пропиленгликолем или другими полярными растворителями. Поскольку непрерывная фаза полярна, добавление полярных растворителей просто расширяет основную матрицу.
• W/O EmulsionsМожет быть разбавлена только маслами или неполярными растворителями. Попытка смешать эмульсию W/O напрямую с полностью водной основой без ко-растворителей приведет к немедленному разделению фаз.

4. Viscosity and Rheology

• O/W EmulsionsОбычно демонстрируют меньшую вязкость, практически соответствующую вязкости непрерывной водной/PG фазы, за исключением случаев, когда объем внутренней масляной фазы превышает 60-70%.
• W/O EmulsionsТакие системы обычно обладают значительно большей вязкостью и скользкостью, обеспечивая более тяжелую, сливочную текстуру.

5. Electrical Conductivity

Because water is a conductor and oil is an insulator, conductivity testing is a rapid analytical method to differentiate the two. O/W emulsions conduct electricity, whereas W/O emulsions do not. While this is an analytical difference rather than a functional one for the end-user, it is a crucial quality control metric in the manufacturing laboratory.

三、Application: Emulsions in Electronic Liquid Flavor Systems

Стратегическое использование эмульсий типа O/W и W/O позволяет специалистам по ароматам управлять процессом испарения электронной жидкости, характером высвобождения ароматических нот (кинетикой вкуса) и взаимодействием жидкости с нагревающими спиралями.

1. Designing for the PG/VG Matrix

Стандартная основа носителя для электронных жидкостей представляет собой соотношение пропиленгликоля (PG) и растительного глицерина (VG). Оба эти компонента являются полярными, гидрофильными растворителями. Следовательно, при попытке внедрить гидрофобные эфирные масла (например, лимонен из цитрусовых, ментоловые кристаллы или сложные липидные десертные ароматы) создатели формул фактически создают специализированную систему oil-water emulsion environment.

Чтобы ознакомиться с нашим полным ассортиментом научно разработанных ароматизаторов, специально предназначенных для оптимальной интеграции PG/VG, исследуйте наш Premium Electronic Liquid Flavorings.

2. Applications of Oil-in-Water (O/W) Emulsions

В индустрии электронных жидкостей системы типа O/W являются наиболее распространенными при работе с натуральными экстрактами.

• Fruit and Beverage Profiles:Citrus oils, mint extracts, and berry terpene profiles are highly hydrophobic. By creating a nano-scale O/W emulsion (often using high-shear homogenization), these oils can be suspended cleanly in a PG/water continuous phase.
• Coil Lifespan:Системы типа O/W склонны к чистому парообразованию. Благодаря тому, что непрерывная фаза — вода/PG, она легко распыляется на нагревательном элементе, унося с собой микроскопические капли ароматического масла. Это предотвращает быстрое накопление карбонизированных липидов на спирали, что является распространенной проблемой «загрязнения спирали».
• Optical Clarity:Посредством применения микроэмульсий или наноэмульсий (где размеры капель уменьшаются ниже 100 нанометров, меньше длины волны видимого света) системы ароматизации типа O/W могут выглядеть полностью прозрачными, что значительно повышает привлекательность для потребителя.

3. Applications of Water-in-Oil (W/O) Emulsions

Хотя в прозрачных фруктовых жидкостях эмульсии W/O встречаются реже, они находят широкое применение в премиальных насыщенных ароматах с тяжелой структурой.

• Cream, Custard, and Bakery Profiles:Эмульсии типа W/O создают совершенно иной сенсорный опыт. Непрерывная масляная фаза покрывает нёбо, замедляя высвобождение водорастворимых летучих соединений, запертых внутри. В результате возникает продолжительное, насыщенное и сливочное ощущение во рту, что особенно важно для насыщенных десертных вкусов, заварных кремов и сложных табачных смесей.
• Protection of Volatile Top Notes:Высокоиспаряющиеся, водорастворимые ароматические химические соединения (например, некоторые эфиры, придающие нотки конфет или джема) могут быстро разрушаться или преждевременно испаряться. Инкапсулируя их в непрерывной масляной фазе (W/O), масло выступает в роли защитного барьера, сохраняя верхние ноты во время хранения и изменяя кривую испарения для более мягкого вдоха.

Лаборатория высокоэффективной гомогенизации

四、Удовлетворение требований российского рынка: холодные климатические условия и логистическая стабильность

FДля производителей, экспортирующих или осуществляющих деятельность в Российской Федерации и более широком СНГ, физические условия создают экстремальные логистические сложности. Разработка ароматных эмульсий для этих регионов требует специальных инженерных решений, особенно в условиях экстремальных температур.

1. Стабильность при замораживании и оттаивании

During the harsh Russian winter, electronic liquids and bulk flavor concentrates shipped via ground transport may experience temperatures dropping well below -20°C, followed by thawing in heated warehouses.

При замерзании эмульсии типа O/W кристаллы льда образуются в непрерывной водяно-PG фазе. Ледяные кристаллы механически повреждают мембраны поверхностно-активных веществ, защищающие масляные капли. После оттаивания капли масла лишаются защиты и немедленно сливаются, вызывая необратимое разделение фаз (образование слоя масла, плавающего на поверхности жидкости).

Для обеспечения надежной стабильности на российском рынке специалисты по ароматам должны применять ряд стратегий:

• Cryoprotectants:Применение высоких соотношений пропиленгликоля не только в качестве носителя, но и в роли антифриза, понижающего температуру замерзания непрерывной фазы.
• Steric Stabilizers:Использование высокомолекулярных гидроколлоидов или специальных полимерных поверхностно-активных веществ, создающих плотный физический барьер вокруг капель и предотвращающих их слияние даже при кристаллизации.
• Nano-emulsification:Уменьшение размера капель с помощью ультразвуковой обработки. Меньшие капли обладают большей кинетической энергией и значительно менее подвержены гравитационной сегрегации при колебаниях температуры.

Российские клиенты, обладающие богатым культурным наследием в области инженерии и физической химии, требуют строгих данных по контролю качества. Предоставление технической документации, подтверждающей устойчивость к замораживанию и оттаиванию (часто соответствующей стандартам GOST или ЕАЭС ТР ТС), является значительным конкурентным преимуществом.

V.Механизмы нестабильности эмульсий и методы их предотвращения

Even perfectly formulated emulsions are engaged in a constant battle against thermodynamics. Understanding how an oil-water emulsion fails is the key to extending the shelf-life of electronic liquid flavorings from months to years. There are four primary mechanisms of instability [3]:

1. Creaming and Sedimentation

Это обусловлено силой гравитации и разницей в плотности между масляной и водной фазами, регулируемой законом Стокса. В эмульсии типа O/W, если масло менее плотное, чем вода/PG, капли будут подниматься вверх (кремирование). Если дисперсная фаза более плотная, она опустится (оседание).

• Solution:Повысите вязкость непрерывной фазы или уменьшите размер капель с помощью высоконапорной гомогенизации.

2. Флокуляция

Флокуляция происходит, когда капли слабо слипаются из-за преобладания притягательных сил Ван дер Ваальса над отталкивающими стерическими или электростатическими силами. Капли не сливаются, а образуют скопление.

• Solution:Adjust the Zeta potential of the emulsion. Ensuring a high surface charge (either highly positive or highly negative, typically > ±30 mV) ensures droplets magnetically repel each other.

3. Coalescence

Это опасное слияние двух или более капель в одну, более крупную, что навсегда уменьшает межфазную поверхность. В конечном итоге это приводит к полному разделению фаз.

• Solution:Оптимизируйте систему поверхностно-активных веществ. Использование смеси низко- и высоко-HLB поверхностно-активных веществ часто создает более плотную и устойчивую межфазную пленку, чем применение одного вещества.

4. Рипенинг по Оствалду

Особенно проблематичен в ароматических наноэмульсиях, рипенинг по Оствалду — это явление, при котором меньшие капли растворяются в непрерывной фазе и осаждаются на более крупных. Со временем крупные капли растут за счет меньших [4]. Это обусловлено более высоким давлением Лапласа внутри меньших капель.

• Solution:Включите в дисперсную масляную фазу высоконерастворимый «ингибитор созревания» (например, тяжелый триглицерид с длинной цепью), чтобы изменить энтропию смешивания и остановить перенос массы.

Если у вас возникают проблемы со стабильностью ваших текущих ароматизаторов, наша инженерная команда готова помочь. Узнайте больше о наших услугах. Custom Flavor Development Services to see how we stabilize complex profiles.

VI.Advanced Manufacturing: Achieving Nano-Scale Perfection

Creating a true, shelf-stable O/W or W/O emulsion for e-liquids cannot be achieved with simple mechanical stirring. The input of external kinetic energy is required to shear the bulk phases into microscopic droplets.

• High-Shear Rotor-Stator Mixers:Идеально для предварительного смешивания. Быстро вращающийся ротор втягивает жидкость в статор, подвергая капли интенсивному механическому сдвигу и разрывая их на меньшие размеры (обычно 1–5 микрометров).
• High-Pressure Homogenizers (HPH):Золотой стандарт отрасли для ароматических эмульсий. Предэмульсия пропускается через микроскопический клапан под экстремальным давлением (часто превышающим 20 000 psi). В результате кавитации, сдвига и турбулентности капли распадаются на субмикронные или наноразмерные частицы (< 200 нм).
• Ultrasonic Processors:Использование ультразвуковых волн высокой частоты для создания акустической кавитации. Взрыв микроскопических вакуумных пузырьков генерирует локальные ударные волны, разрушающие масляные капли. Этот метод крайне эффективен для получения кристально чистых O/W наноэмульсий для элитных фруктовых и напитковых электронных жидкостей.

VII.Conclusion: Engineering the Perfect Flavor Matrix

Выбор между эмульсией типа масло в воде и водой в масле — это не просто технологическая деталь; это основополагающее архитектурное решение, определяющее характеристики, стабильность и сенсорное восприятие электронной жидкости.

Эмульсии типа O/W отличаются непревзойденной прозрачностью, чистым парообразованием и ярким высвобождением ароматов, что делает их незаменимыми для фруктовых, мятных и напитковых профилей. В то время как W/O эмульсии обеспечивают насыщенное ощущение во рту, защитную инкапсуляцию и медленное высвобождение ароматов, что необходимо для сложных смесей выпечки, сливок и табака.

By mastering the thermodynamics of emulsification, optimizing HLB values, and engineering systems capable of withstanding severe logistical stressors like freeze-thaw cycles, manufacturers can elevate their products from simple mixtures to highly engineered chemical architectures. For the discerning Russian market and beyond, technical perfection in the bottle translates directly to brand loyalty and market dominance.

Молекулярная наноэмульсификация

Сотрудничайте с нами для достижения технического совершенства

Are you looking to resolve phase-separation issues in your current product line, or do you want to develop a new, ultra-stable flavor profile optimized for your regional market?

Мы — специализированный производитель премиальных ароматизаторов для электронных жидкостей, оснащённый передовыми технологиями эмульгирования и богатым опытом в области формулировок. Мы понимаем строгие требования мировой индустрии и предлагаем индивидуальные, технически продуманные решения, полностью отвечающие вашим точным требованиям.

Сделайте следующий шаг к совершенству продукта:

• Запросите техническую консультацию:Позвольте нашим химикам проанализировать ваши текущие задачи по формулировкам.
• Запросите бесплатные образцы:Experience the superior stability and taste of our precision-engineered O/W and W/O flavor emulsions.
• 立即联系我们：

Источники

1. Международный союз чистой и прикладной химии (IUPAC).(2014). Химический терминологический справочник («Золотая книга»). Определение эмульсии.
2. Википедия, Свободная Энциклопедия.(2023). Гидрофиль- lipophilic баланс. Взято из стандартной литературы по химическому машиностроению.
3. Журнал по пищевому инжинирингу.(2018). Механизмы нестабильности эмульсий и их предотвращение в пищевых системах. Академический обзор коалесценции и флокуляции.
4. Пищевые гидроколлоиды.(2020). Рост Оствалда в наноэмульсиях: ингибирование и структурная динамика. Исследовательский отчет по инкапсуляции ароматизаторов и физической химии.