电子液体香料系统中水包油与油包水乳液的终极指南

作者：研发团队，CUIGUAI Flavoring

发表者：Guangdong Unique Flavor Co., Ltd.

Last Updated: 2026 年 5 月 13 日

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O/W 与 W/O 乳液可视化

在竞争激烈且快速发展的电子液体行业中，感官体验至关重要。真正优质的产品不仅取决于其单个原材料的质量，还取决于将它们结合在一起的复杂的物理化学结构。对于香料化学家和电子烟油制造商来说，实现挥发性芳香化合物、精油和标准丙二醇 (PG)/植物甘油 (VG) 基料之间的完美协调是一项复杂的热力学挑战。

这一挑战的核心在于乳液科学。由于许多有效的风味成分（例如天然柑橘提取物、浓重的甜点味和复杂的精油）本质上是疏水性的（拒水性）并且难溶于极性溶剂，因此制造商必须依靠先进的乳化技术来确保均匀、稳定和高生物利用度的风味特征。

这份全面的技术指南将深入探讨关键科学油水乳状液系统，专门分析水包油 (O/W) 和油包水 (W/O) 乳液之间的结构、热力学和功能差异。本文专为配方工程师和采购专家量身定制，特别关注对物流气候要求严格的市场（例如俄罗斯联邦和独联体国家）至关重要的稳健稳定性要求，本文将作为您下一代风味设计的基础蓝图。

我。乳液的物理化学基础

在探索乳液的具体分类之前，有必要建立严格的科学基线。根据定义，乳液是两种或多种不混溶液体的胶态分散体，其中一种液体（分散相或内相）作为微观或纳米级液滴分布在另一种液体（连续相或外相）中[1]。

由于混合两种不混溶的液体（如油和水）会降低系统的熵并增加界面表面积，因此乳液本质上是热力学不稳定的。根据吉布斯自由能方程（ΔG = γΔA – TΔS ），系统自然会通过合并液滴并最终分离成两个不同的体相来寻求最小化其能量状态。

为了抵消这种自然降解，配方设计师使用乳化剂——迁移到油水界面的表面活性剂（表面活性剂），降低界面张力（c ）并在分散的液滴周围形成保护性空间或静电屏障。这些表面活性剂的策略选择决定了最终的系统是否会形成 O/W 或 W/O 乳液，从而从根本上改变电子液体调味剂的物理行为。

对于那些希望探索如何将这些原则应用于尖端产品的人，您可以查看我们关于先进的风味配方策略在这里.

二.差异：水包油 (O/W) 与油包水 (W/O) 乳液

了解这两种主要乳液类型之间的区别是风味系统设计中最关键的一步。连续相决定了乳液的整体物理化学性质，包括其粘度、电导率、口感以及在电子烟液最终 PG/VG 基质中的溶解度。

1. 阶段架构

• 水包油 (O/W)：在 O/W 乳液中，微小的油滴（脂质、精油、疏水性芳香化学品）分散在连续的水相或高极性相（水、PG 或乙醇）中。外相是极性的。
• 油包水（W/O）：相反，W/O 乳液的特点是水滴或极性溶剂被捕获在连续的油基质中。外相是非极性的。

2. HLB（亲水亲油平衡）的作用

班克罗夫特规则最可靠的预测将形成哪种乳液类型，该规则指出乳化剂更易溶解的相构成连续相 [2]。这是使用亲水亲油平衡 (HLB) 量表进行量化的，该概念由 William C. Griffin 在 20 世纪中叶提出。

• 高 HLB 表面活性剂 (8 – 18)：与亲脂性尾部相比，这些分子具有更大、更占主导地位的亲水性（喜水性）头部。它们高度溶于水/PG，并强烈促进形成水包油乳液。常见的例子包括聚山梨酯（Tween 20、Tween 80）。
• 低 HLB 表面活性剂 (3 – 6)：这些分子具有占主导地位的亲脂性尾部，并且更易溶于油。他们促进形成油包水乳液。常见的例子包括山梨糖醇酯 (Span 80) 和卵磷脂。

表面活性剂 HLB 等级

3. 分散和稀释能力

对于电子烟油制造商来说，一个至关重要的区别是这些乳液在稀释后的表现如何。

• 水包油乳液可以很容易地用水、丙二醇或其他极性溶剂稀释。由于连续相是极性的，因此添加更多极性溶剂只会扩展连续基质。
• 油包水乳液只能用油或非极性溶剂稀释。尝试将 W/O 乳液直接混合到不含共溶剂的纯水性基质中将导致立即发生相分离。

4. 粘度和流变学

• 水包油乳液typically exhibit lower viscosity, closely mirroring the viscosity of the continuous aqueous/PG phase, unless the internal oil phase volume fraction exceeds 60-70%.
• 油包水乳液往往更加粘稠和润滑，提供更厚重、更奶油般的质地。

5. 电导率

由于水是导体而油是绝缘体，因此电导率测试是区分两者的快速分析方法。 O/W 乳液导电，而 W/O 乳液则不导电。虽然这是一种分析差异，而不是最终用户的功能差异，但它是制造实验室中的一项重要质量控制指标。

三．应用：电子液体香料系统中的乳液

O/W 和 W/O 乳液的战略应用使风味化学家能够控制电子液体如何蒸发、风味如何释放（风味动力学）以及液体如何与加热线圈相互作用。

1.PG/VG 矩阵设计

电子液体的标准载体基础是丙二醇（PG）和植物甘油（VG）的比例。这两种溶剂都是极性亲水性溶剂。因此，当尝试加入疏水性精油（例如柑橘中的柠檬烯、薄荷醇晶体或复杂的基于脂质的甜点香料）时，配方设计师实际上是在创造一种专门的精油。油水乳状液环境。

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2.水包油 (O/W) 乳液的应用

在电子烟油行业，水包油系统在处理天然提取物时是迄今为止最普遍的。

• 水果和饮料简介：柑橘油、薄荷提取物和浆果萜烯具有高度疏水性。通过创建纳米级水包油乳液（通常使用高剪切均质化），这些油可以干净地悬浮在 PG/水连续相中。
• 线圈寿命：O/W 系统往往会彻底蒸发。由于连续相是水/PG，因此它很容易在加热元件上雾化，并携带风味油的微滴。这可以防止碳化脂质在线圈上快速积聚，这是一种称为“线圈粘稠”的常见问题。
• 光学清晰度：通过使用微乳液或纳米乳液（其中液滴尺寸减小到 100 纳米以下，小于可见光的波长），O/W 风味系统可以显得完全光学透明，这对于消费者来说非常有吸引力。

3.油包水 (W/O) 乳液的应用

虽然 W/O 乳液在透明水果液体中不太常见，但它在优质、浓烈的风味方面具有高度专业化的应用。

• 奶油、蛋奶冻和面包简介：W/O 乳液提供了截然不同的感官体验。连续的油相覆盖在口感上，延迟了内部的水溶性挥发性化合物的释放。这会产生持久、丰富和奶油般的口感，这对于浓重的甜点口味、蛋奶冻和复杂的烟草混合物来说至关重要。
• 保护挥发性前调：高挥发性、水溶性芳香化学物质（例如某些具有“糖果”或“果酱”味道的酯）可能会快速降解或过早蒸发。通过将它们封装在连续的油相 (W/O) 中，油可以充当保护屏障，在储存过程中保留前调，并改变蒸发曲线以实现更顺畅的吸入。

高剪切均质实验室

四．满足俄罗斯市场需求：寒冷天气和物流稳定

F或向俄罗斯联邦及更广泛的独联体地区出口或运营的制造商，物理环境会带来极端的物流变量。为这些地区配制风味乳液需要专门的工程，特别是在极端温度方面。

1.冻融稳定性

在俄罗斯严酷的冬季，通过地面运输运输的电子液体和散装香料浓缩物可能会经历远低于 -20°C 的温度，然后在加热的仓库中解冻。

当 O/W 乳液冻结时，连续的水/PG 相结晶。冰晶可以机械刺穿保护油滴的表面活性剂膜。解冻后，油滴不受保护并立即聚结，导致不可逆的相分离（一层油漂浮在液体顶部）。

为了为俄罗斯市场提供强大的稳定性，香料化学家必须采用多种策略：

• 冷冻保护剂：利用高比例的丙二醇不仅作为载体，而且作为防冻剂来降低连续相的冰点。
• 位阻稳定剂：使用高分子量亲水胶体或专门的聚合物表面活性剂，在液滴周围形成厚厚的物理屏障，即使发生结晶也能防止聚结。
• 纳米乳化：通过超声波处理减小液滴尺寸。较小的液滴具有较高的动能，并且在温度波动期间更不易受到重力驱动的分离的影响。

俄罗斯客户在工程和物理化学方面拥有深厚的文化背景，需要严格的质量控制数据。提供证明冻融弹性的技术文件（通常符合 GOST 或 EAEU TR TS 标准）是一个明显的竞争优势。

五、乳液不稳定的机理及预防

即使是完美配方的乳液也会与热力学进行持续的斗争。了解如何油水乳状液失败是将电子液体调味剂的保质期从数月延长至数年的关键。不稳定的主要机制有四种[3]：

1.乳化和沉淀

这是由重力以及油相和水相之间的密度差驱动的，受斯托克斯定律支配。在 O/W 乳液中，如果油的密度小于水/PG，则液滴将上升到顶部（乳化）。如果分散相较密，则会下沉（沉降）。

• 解决方案：使用高压均质化增加连续相的粘度或减小液滴尺寸。

2.絮凝

当液滴因吸引的范德华力压倒排斥的空间力或静电力而松散地聚集在一起时，就会发生絮凝。液滴不会合并，但会形成簇。

• 解决方案：调整乳液的 Zeta 电位。确保高表面电荷（高正电荷或高负电荷，通常 > ±30 mV）可确保液滴之间磁力排斥。

3.聚结

这是两个或多个液滴致命地合并成一个更大的液滴，从而永久地减少界面面积。这最终导致完全相分离。

• 解决方案：优化表面活性剂体系。使用低 HLB 和高 HLB 表面活性剂的混合物通常会比单独使用单一表面活性剂产生更紧密、更有弹性的界面膜。

4.奥斯特瓦尔德成熟

在风味纳米乳液中尤其存在问题，奥斯特瓦尔德熟化是一种较小的液滴溶解到连续相中并重新沉积到较大的液滴上的现象。随着时间的推移，大水滴的生长会以小水滴的损失为代价[4]。这是由较小液滴内较高的拉普拉斯压力驱动的。

• 解决方案：将高度不溶性的“成熟抑制剂”（如重质长链甘油三酯）加入分散的油相中，以改变混合的熵并停止传质。

如果您当前的风味系列遇到稳定性问题，我们的工程团队可以为您提供帮助。了解更多关于我们的定制风味开发服务看看我们如何稳定复杂的轮廓。

六．先进制造：实现纳米级完美

通过简单的机械搅拌无法实现真正​​的、耐储存的 O/W 或 W/O 电子烟油乳液。需要输入外部动能才能将体相剪切成微小的液滴。

• 高剪切转子-定子混合器：预混合的理想选择。快速旋转的转子将液体吸入定子，使液滴受到强烈的机械剪切力并将其撕成更小的尺寸（通常为 1 至 5 微米）。
• 高压均质器 (HPH)：香料乳液的行业黄金标准。预乳液在极端压力（通常超过 20,000 psi）下被迫通过微型阀门。由此产生的空化、剪切和湍流将液滴粉碎成亚微米或纳米范围（< 200 nm）。
• 超声波处理器：利用高频声波产生声空化。微小真空气泡的内爆会产生局部冲击波，从而粉碎油滴。这对于生产用于优质水果和饮料电子烟液的晶莹剔透的水包油纳米乳液非常有效。

七．结论：设计完美的风味矩阵

水包油乳液和油包水乳液之间的选择不仅仅是制造细节；更是一个问题。这是决定电子液体的性能、稳定性和感官影响的基本架构决策。

O/W 乳液具有无与伦比的透明度、干净的汽化和明亮的风味释放，使其成为水果、薄荷和饮料中不可或缺的成分。相反，W/O 乳液提供浓密的口感、保护性封装和缓慢的风味释放，这是掌握复杂的烘焙、奶油和烟草混合物所必需的。

通过掌握乳化热力学、优化 HLB 值以及能够承受冻融循环等严酷物流压力的工程系统，制造商可以将其产品从简单的混合物提升为高度工程化的化学结构。对于挑剔的俄罗斯及其他市场来说，瓶子的技术完美直接转化为品牌忠诚度和市场主导地位。

分子纳米乳化

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参考

1. 国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）。（2014）。化学术语纲要（“金书”）。乳液的定义。
2. 维基百科，免费百科全书。（2023）。亲水亲油平衡。取自标准化学工程文献。
3. 食品工程杂志。（2018）。食品系统中乳液不稳定的机制及其预防。聚结与絮凝的学术评论。
4. 食品亲水胶体。（2020）。纳米乳液中的奥斯特瓦尔德熟化：抑制和结构动力学。香料包封及物理化学研究报告。