乙酰乙酸乙酯在电子烟液中稳定性的研究.pdf

原料与配方2023年8月第4期Aug.2023,No.4香料香精化妆品FLAVOUR FRAGRANCE COSMETICS62www.ffc-www.ffc-收稿日期：2022-06-20；修回日期：2022-07-05作 者深圳波顿香料有限公司分析测试中心，广东深圳 518055 黄宇莹 徐 潇 杨海玉乙酰乙酸乙酯在电子烟液中稳定性的研究摘 要乙酰乙酸乙酯是一种常用于调香型电子烟液的香原料，在稀碱环境下不稳定会产生乙醇而影响呈香的效果。本试验构建电子烟液体系，以气相色谱-质谱联用仪跟踪分析乙醇释放量，考察乙酰乙酸乙酯在碱性及酸性电子烟液体系中的稳定性。研究发现，烟碱的加入会加速乙酰乙酸乙酯的酮式分解释放乙醇，将烟油中的烟碱用苯甲酸尼古丁盐替代可有效抑制乙酰乙酸乙酯的水解；同时还发现，避光保存以及酸性香原料的引入能稳定乙酰乙酸乙酯在电子烟液中的保存，降低乙酰乙酸乙酯的水解程度，从而减少乙醇的释放。关键词乙酰乙酸乙酯 电子烟液 乙醇 稳定性Stability of Ethyl Acetoacetate in Electronic Cigarette LiquidHUANG Yuying XU Xiao YANG Haiyu(Analytical Center of Shenzhen Boton Flavors and Fragrances Co.,Ltd.,Shenzhen 518055,Guangdong,China)Abstract:Ethyl acetoacetate is a commonly used aroma ingredient in flavored electronic cigarette liquids.It is unstable in dilute alkali environment and produces ethanol,which affects the effect of fragrance.In this experiment,an electronic cigarette liquid system was constructed,and the release of ethanol was tracked and analyzed by gas chromatography-mass spectrometry to investigate the stability of ethyl acetoacetate in alkaline and acidic electronic cigarette liquid systems.It was found that the addition of nicotine would accelerate the ketonic decomposition of ethyl acetoacetate to release ethanol,and the replacement of nicotine in electronic cigarette liquid with nicotine benzoate could effectively inhibit the hydrolysis of ethyl acetoacetate.Meanwhile,keeping in dark place and adding acid flavor ingredients could stabilize the preservation of ethyl acetoacetate in electronic cigarette liquid,and reduce the hydrolysis degree of ethyl acetoacetate,thus reducing the release of ethanol.Keywords:ethyl acetoacetate electronic cigarette liquid ethanol stability乙酰乙酸乙酯（C6H10O3，ethyl acetoacetate）是一种可用于食品的合成香料，因其具有果香香韵，常用于调配葡萄、苹果、草莓、热带水果等果味食用香精 1-3。然而，乙酰乙酸乙酯在稀碱的环境下会水解产生乙醇，影响乙酰乙酸乙酯的主要呈香效果 4-5。近年来，在全球控烟和烟草减害的大背景下，新兴的电子烟既可避免传统卷烟燃烧裂解时产生的焦油危害，又能实现烟民的满足感，逐渐成为传统卷烟的替代品和补充品 6-7。当今欧美、韩国及东南亚的电子烟市场火热，其中调香型电子烟因其多元的口感体验深受消费者的青睐，乙酰乙酸乙酯在电子烟液调香中使用频繁，原料与配方黄宇莹，等作 者 简 介黄宇莹（1995），女，硕士，主要从事香精香料化学分析工作。联系电话：[phone]E-mail：huang_DOI:10.20099/j.issn.1000-4475.2022.0134第 4 期原料与配方黄宇莹，等：乙酰乙酸乙酯在电子烟液中稳定性的研究63www.ffc-赋予电子烟更多的风味 8-9。然而，电子烟液中所含的烟碱呈弱碱性，可能会引起乙酰乙酸乙酯发生水解造成口味上的差异，并且针对中东市场电子烟液中不得含有乙醇的规定，加入乙酰乙酸乙酯的电子烟液还存在乙醇超标的风险。目前，国内外鲜见乙酰乙酸乙酯在电子烟液中稳定性研究的相关报道。以乙酰乙酸乙酯作为研究对象，乙醇释放量作为研究指标，选择烟碱作为碱性介质、乙酸作为酸化剂，构建多种电子烟液体系，并以无烟碱电子烟液体系作为参比，探讨乙酰乙酸乙酯在电子烟液中的稳定性。1 材料与方法1.1 仪器Trace DSQ 型气质联用仪（配自动进样器），德国 Thermo Fisher Scientific 公司；XS104 型电子天平，瑞士 Mettler Toledo 公司；RCT basic 型磁力搅拌器，德国 IKA 公司；XW-80A 型旋涡振荡器，上海精科实业有限公司。1.2 材料与试剂乙酰乙酸乙酯、丙二醇和甘油，均为食品级，深圳波顿香料有限公司；烟碱（纯度 99%），First Standard 公司；苯甲酸烟碱盐（含质量分数40%烟碱），深圳波顿香料有限公司；乙酸（色谱纯），上海阿拉丁公司。1.3 试验方法1.3.1 样品配制试验所用的丙二醇、甘油、烟碱、苯甲酸烟碱盐经气相色谱-质谱（GC-MS）检测均未检测出乙酰乙酸乙酯和乙醇，以保证后期试验数据的可靠性。使用以上原料配制 10 mL 电子烟液体系，其中乙酰乙酸乙酯的含量参考调香的常规使用量，设置为质量分数 1%，其他原料按照表 1 调配。每一组的 a 样品在带盖透明玻璃瓶中常温保存，b样品在棕色玻璃瓶中避光常温保存。同时建立酸性体系探究乙酰乙酸乙酯的稳定性，选择调香中常用的乙酸作为酸化剂，配比量设置为质量分数0.5%、1.0%、2.0%，具体的配制情况见表 2。所有样品均在室温条件下存放 4 个月，使用 GC-MS定期分析电子烟液中乙醇的含量变化。1.3.2 样品前处理称取 0.1 g 样品于 10 mL 容量瓶中，加入甲醇定容，充分混匀后静置，取上清液至气相进样小瓶待上机检测。表 1 乙酰乙酸乙酯在电子烟液体系中稳定性试验配方 1编号各配料质量分数/%丙二醇甘油烟碱乙酰乙酸乙酯T1-a49.549.51.0T1-b49.549.51.0T2-a49.049.01.01.0T2-b49.049.01.01.0T3-a48.548.52.01.0T3-b48.548.52.01.0T4-a48.048.03.01.0T4-b48.048.03.01.0表 2 乙酰乙酸乙酯在电子烟液体系中稳定性试验配方 2编号各配料质量分数/%丙二醇甘油烟碱乙酰乙酸乙酯乙酸P1-a49.2549.251.00.5P1-b49.049.01.01.0P1-c48.548.51.02.0P2-a47.7547.753.01.00.5P2-b47.547.53.01.01.0P2-c47.047.03.01.02.01.3.3 GC-MS 分析条件色谱条件：色谱柱为 HP-INNOWAX（30 m0.25 m0.25 mm），进样口温度 200 ，分流比为101，载气为高纯氦气（纯度 99.999%），柱流量1 mL/min；程序升温为 60 保持 2 min，4 K/min升 温 至 100 ，30 K/min 升 温 至 250 ，保 持10 min；传输线温度 240 。质谱条件：EI 源，电子轰击能量 70 eV，离子源温度 230 ，溶剂延迟 3 min。数据采集采用全扫描（Scan）模式，扫描范围 33 200 u。1.3.4 数据处理与分析试验采用 OriginPro 2016 软件进行作图分析，并选取适合的模型对储藏时间与乙醇释放量进行非线性拟合，通过比较拟合相关系数选择拟合度高的模型进行趋势预测。2 结果与讨论2.1 烟碱对乙酰乙酸乙酯稳定性的影响按表 1 的配比准确调配 4 组样品，其中 T1 组为空白样品，不含烟碱；T2、T3、T4 组分别含有质量分数 1.0%、2.0%、3.0%烟碱，用 GC-MS 在原料与配方2023 年 8 月香料香精化妆品64www.ffc-表 3 烟碱含量对乙酰乙酸乙酯水解生成乙醇的影响编号烟碱质量分数/%乙醇生成量/(mg kg 1)1 d7 d14 d28 d35 d45 d60 d90 d120 dT1-a713.6783.1804.2910.2913.71 317.21 287.61 390.01 350.8T1-b500.1508.0602.8773.4779.6812.4889.71 266.91 223.6T2-a1.0645.71 059.21 207.41 667.01 959.02 616.52 775.73 570.43 644.0T2-b1.0565.9816.31 049.31 334.01 727.62 112.62 013.23 071.03 582.5T3-a2.0561.51 283.11 440.21 605.42 090.52829.72 879.63 497.33 540.7T3-b2.0542.71 057.41 753.51 794.61 836.72617.22 713.53 278.53 578.0T4-a3.0641.61 302.91 765.42 013.12 457.63188.43 387.34 155.54 181.0T4-b3.0485.71 031.21 623.71 880.42 069.42707.52 788.93 342.64 240.0第 1、7、14、28、35、45、60、90、120 天 定 期分析，研究烟碱对乙酰乙酸乙酯水解生成乙醇的影响。具体结果见图 1 和表 3。从表 3 可以看出，随着储藏时间的递增，乙醇的生成量呈上升趋势，表明乙酰乙酸乙酯的水解反应持续进行。乙酰乙酸乙酯不是单一的物质，是酮式与烯醇式异构体组成的互变平衡体系，其结构中羟基与酯基中间的亚甲基上所带电子密度较低，因此亚甲基与相邻的 2 个碳原子之间的化学键容易断裂，自身在长时间的储藏过程中也会发生少量的水解反应 10-11。与空白对照样品 T1 组相比，烟碱的加入会明显加速乙酰乙酸乙酯的水解，并且随着烟碱含量的增加，水解程度加剧，乙醇释放量呈线性递增，储藏 90 天后基本达到峰值，继续储藏 1 个月乙醇试验同时选择苯甲酸烟碱盐作为烟碱的替代物，含有苯甲酸的游离碱烟碱溶液可降低 pH值 12-13。经 120 天储藏反应后发现，加入苯甲酸烟碱盐的烟油乙醇释放量始终低于烟碱组 70%以上，且不易受苯甲酸烟碱盐含量的影响，释放值趋于稳定，说明苯甲酸烟碱盐的使用可以显著抑制乙酰乙酸乙酯的水解，见图 2。此外，光照也会加速乙酰乙酸乙酯的水解，见图 3。避光条件下，烟碱样品缓慢水解释放少量乙醇，在储藏 90 天后才基本完成水解；而在光照影响下，乙酰乙酸乙酯水解平衡时间缩短一半。当加入烟碱后，光照组会提前 30 天加速乙酰乙酸乙酯的水解，因此在储藏方面可使用棕色瓶子或在通风阴暗处存放保障相关产品的品质。对避光条件下不同时间乙醇释放量的情况进行非线性拟图 1 烟碱含量对乙酰乙酸乙酯水解释放乙醇的比较图 2 乙酰乙酸乙酯在烟碱与苯甲酸烟碱盐中 90 天乙醇 生成量的比较06030T1-aT1-bT2-aT2-bT3-aT3-bT4-aT4-b90120乙醇生成量/（mg kg 1）4 5004 0003 5003 0002 5002 0001 5001 000500时间/d释放量基本持平，见图 1。烟碱使电子烟液呈弱碱性，乙酰乙酸乙酯在弱碱条件下不稳定会发生不可逆的酮式分解 4，产生乙醇，并且体系的碱性愈强，分解进程愈烈。2.01.0烟碱苯甲酸烟碱盐3.0乙醇生成量/（mg kg 1）5 0004 0003 0002 0001 0000质量分数/%合，见表 4。SGompertz 模型拟合效果较好，可第 4 期原料与配方黄宇莹，等：乙酰乙酸乙酯在电子烟液中稳定性的研究65www.ffc-图 4 乙酸含量（a）和含烟碱的酸性电子烟液体系（b）对乙酰乙酸乙酯水解生成乙醇的比较（乙酸含量为质量分数）对乙酰乙酸乙酯在电子烟液体系中水解趋势进行预 测。保存，同样在第 1、7、14、28、45、90、120 天使用 GC-MS 分析检测乙醇的生成量。图 4 展示了不同酸性体系对乙酰乙酸乙酯稳定性的影响。乙酰乙酸乙酯的水解反应涉及脱氢，酸性体系中过多的氢离子会抑制水解进程，因此加入乙酸可以降低乙酰乙酸乙酯的水解程度。从图 4（a）可以看出，随着时间的延长，乙酸抑制乙酰乙酸乙酯水解的效果更明显，45 天后的乙醇释放量基本稳定，而且酸性越强，抑制水解的程度越显著。同样的，在含有烟碱的电子烟液体系中发现，少量酸性单体的引入能有效减缓乙醇的生成，存放 4个月乙醇的释放量未见显著变化（P 0.05），见图 4（b）。为了进一步了解调配香精长期储藏的品质，试验还选取含有乙酰乙酸乙酯的水果香型电子烟液进行评吸，青提香型电子烟液经储藏10 个月后乙醇释放较慢，从 49.54 mg/kg 增加至128.98 mg/kg，香韵差异不明显，仍具有酯香特征。电子烟液的保质期普遍在 12 18 个月，在电子烟液调香过程中适当地引入酸性香原料，不仅可以赋予多重味蕾体验，还能保证货架期内电子烟液的质量。图 3 光照对乙酰乙酸乙酯水解释放乙醇的影响（烟碱含量为质量分数）0401002080601201050110309070乙醇生成量/（mg kg 1）2 0001 5001 0005004 0003 0002 0001 00004 0003 0002 0001 00004 0003 0002 0001 0000时间/da-光照b-避光0 烟碱1.0%烟碱2.0%烟碱3.0%烟碱表 4 乙酰乙酸乙酯水解释放乙醇的拟合方程 及其相关系数烟碱质量分数模型拟合方程R20SGompertzy=1 266.9e e 0.024(x 5.832)0.920 91.0%y=3 582.5e e 0.026(x 24.420)0.965 22.0%y=3 577.95e e 0.032(x 44.554)0.948 63.0%y=4 239.95e e 0.023(x 21.069)0.950 02.2 酸性体系对乙酰乙酸乙酯稳定性的影响按表 2 的配比准确调配 2 组样品，避光常温114770%乙酸0.5%乙酸1.0%乙酸2.0%乙酸0%乙酸0.5%乙酸1.0%乙酸2.0%乙酸454590902828120120乙醇生成量/（mg kg 1）乙醇生成量/（mg kg 1）2 0001 6001 20080040004 0003 5003 0002 5002 0001 5001 0005000时间/d（a）时间/d（b）3 结论针对乙酰乙酸乙酯在碱性条件下会发生不可逆的酮式分解释放乙醇的情况，以电子烟液体系作为研究环境，跟踪分析储藏过程中乙酰乙酸乙酯水解产物乙醇的含量并评估水解反应程度。试验结果表明：乙酰乙酸乙酯自身在储藏过程中就会发生分解，加入烟碱能加剧乙酰乙酸乙酯的水（下转第 105 页）第 4 期分析与测评简龙海，等：化妆品中亚硝胺总量的快速筛查与测定105www.ffc-京:中国标准出版社,2018.MIRALLES P,GEMERT I V,CHISVERT A,9 et al.Stir bar sorptive-dispersive microextraction 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