Автор: Команда научных исследований и разработок, CUIGUAI Flavoring

Опубликовано: Guangdong Unique Flavor Co., Ltd.

Последнее обновление:  Июль 22, 2026

WhatsApp и Telegram: +86 189 2926 7983

Water soluble vs oil soluble beverage flavor

Введение: растворимость — это первое решение, а не мелочь

Большинство обсуждений разработки напитков начинаются с определения вкусового профиля — какого фрукта, каких ботанических компонентов, уровня сладости, кислотности. Но одно из самых важных технических решений принимается гораздо раньше, зачастую без явного обсуждения: является ли система аромата водорастворимой или маслорастворимой?

Это различие определяет, будет ли готовый напиток прозрачным или мутным. Оно влияет на необходимое производственное оборудование — простое смешивание или высокое давление гомогенизации. Также определяет тип возможных неисправностей при хранении — осаждение, кольцевание, кремация или окисление, за которыми следит отдел качества. И, наконец, влияет на структуру затрат на сырье, поскольку маслорастворимые системы требуют дополнительных технологических операций, которых водорастворимые не требуют.

Данная статья представляет собой технически обоснованное сравнение водорастворимых и маслорастворимых систем ароматизации напитков, охватывая химию растворимости, технологии эмульгирования, производственные аспекты, вопросы стабильности, ценовые факторы и практические критерии выбора. Она предназначена для разработчиков напитков, менеджеров по качеству и закупщиков, которым необходимо принимать обоснованные решения о системе доставки аромата.

1. Определение двух систем: химия и доставка

1.1 Водорастворимые ароматы: раствор, а не суспензия

Водорастворимый аромат, как следует из названия, представляет собой ароматическую смесь, полностью растворяющуюся в воде, образуя однородную жидкую фазу без видимых частиц, мутности и расслоения со временем. Сами ароматические соединения могут быть полярными молекулами (такими как органические кислоты, некоторые эфиры, некоторые альдегиды и ароматические химикаты, полученные в результате реакции Майяра), обладающими достаточной водорастворимостью для самостоятельного переноса без эмульгатора, или растворяться в водорастворимых растворителях, таких как пропиленгликоль, этанол или глицерин, которые затем равномерно распределяются в напитке.

С точки зрения производства, водорастворимые ароматизаторы являются наиболее простым классом. Их можно добавлять прямо в смесительный резервуар, распределяя мягким перемешиванием, и они останутся равномерно распределёнными без дополнительной обработки. Они не требуют гомогенизации, не вызывают мутности и не создают проблем с устойчивостью, связанных с дисперсией масляных фаз.

Ограничение водорастворимых систем заключается в том, что многие важнейшие ароматические соединения — особенно цитрусовые масла, специи-олеорезины и природные экстракты — по своей природе гидрофобны. Их невозможно доставить в виде простого раствора в воде без химической модификации, помощи растворителя или преобразования в эмульсию.

1.2 Маслорастворимые ароматы и напитковые эмульсии

Маслорастворимый аромат для напитков обычно поставляется в виде масляно-в-водной (O/W) эмульсии. Ароматические соединения — эфирные масла, олеорезины, маслорастворимые ароматические химикаты — растворены в пищевом масляном носителе, который затем диспергируется в виде микроскопических капель в водной непрерывной фазе. Каждая капля стабилизируется эмульгатором (обычно гуаровой камедью, модифицированным крахмалом или их комбинацией), что предотвращает их коалесценцию.

Как отмечено в статье Энциклопедии пищевых наук и питания о «Микросистеме напитковой промышленности» (encyclopedia.pub, 2023Эмульсии напитков обладают высокой разбавленностью, содержащей всего лишь около 20 мг/л диспергированной масляной фазы в готовом продукте. Инженерная задача заключается в поддержании стабильной дисперсии этих крошечных масляных капель против сил, стремящихся их расслоить—кремообразование, флокуляция, коалесценция и оствальдовое созревание—на протяжении срока хранения напитка, который может достигать от 6 до 18 месяцев.

Всесторонний обзор в журнале MDPI Beverages (2018) discusses the key aspects of beverage emulsion formulation and colloidal stability after being added to complex food matrices. The review emphasizes that a beverage emulsion must remain stable not only in the concentrated flavor form but also after dilution into the finished beverage, where pH, ionic strength, sweetener concentration and other dissolved solids can all affect emulsion stability.

2. Химия растворимости в контексте напитков

2.1 Распределение и роль log P

Растворимость ароматического соединения в воде и масле можно количественно оценить по его коэффициенту распределения октанол-воды (log P). Соединения с log P ниже примерно 1,5 склонны иметь значительную водорастворимость и могут быть доставлены в виде водорастворимых систем. Соединения с log P выше 3 являются сильно гидрофобными и требуют маслорастворительной или эмульсионной формы доставки. Соединения с промежуточным значением (log P около 1,5–3) могут быть реализованы обоими способами в зависимости от концентрации, растворителя и наличия сополимеров или растворителей.

Для разработчика напитков это означает, что ароматический профиль, состоящий преимущественно из полярных соединений — короткоцепочечных органических кислот, низкомолекулярных эфиров, некоторых альдегидов — может быть эффективно реализован в виде водорастворимой системы. Профиль, доминирующий терпенами, сесквитерпенами, высокомолекулярными эфирами или пряными олеорезинами, почти наверняка потребует эмульсионной доставки для обеспечения стабильности и прозрачности.

2.2 Влияние растворителя и сопутствующих растворителей

Пропиленгликоль (ПГ) и этанол широко применяются в качестве растворителей и сополимеров при подготовке ароматизаторов для напитков. Они могут повышать видимую водорастворимость умеренно гидрофобных соединений, выступая в роли носителей промежуточной растворимости. Однако этот эффект зависит от концентрации и имеет ограничения. Ароматический компонент, растворимый при 0,1% в смеси ПГ и воды, может осаждаться или создавать помутнение при 0,5%. Формуляторам рекомендуется запрашивать данные о растворимости при предполагаемом уровне использования, а не предполагать, что концентрат, прозрачный при 100-кратной концентрации, останется прозрачным при разбавлении в напиток.

Этот CUIGUAI lemon tea flavor concentrate illustrates how a complex beverage flavor—combining citrus top notes, tea body and moderate sweetness—can be formulated as a water-compatible system suitable for both still and carbonated applications when developed with the target beverage matrix in mind from the start.

Water soluble vs oil soluble flavor comparison

3. Технология эмульсий: инженерный аспект

3.1 Выбор и характеристика эмульгаторов

Выбор эмульгатора — наиболее важный фактор, влияющий на качество эмульсии напитка. Три наиболее распространённых класса — арабская резина (гум акация), модифицированный пищевой крахмал и их комбинации. Каждый из них обладает своими преимуществами и ограничениями:

• Gum arabic: a natural exudate from Acacia senegal and Acacia seyal trees. It provides excellent emulsion stability at low oil loads, good compatibility with acidic beverages, and a clean label. Its primary limitation is cost and batch-to-batch variability.
• Modified starch (e.g., OSA-modified starch): chemically modified to add hydrophobic octenyl succinate groups to the starch molecule. It provides higher emulsifying capacity per unit weight than gum arabic and more consistent performance. The trade-off is that it is a chemically modified ingredient, which may not align with clean-label positioning.
• Combined systems: many commercial beverage emulsions use a blend of gum arabic and modified starch to balance cost, stability and label considerations. The ratio must be optimized for the specific oil phase and beverage matrix.

Исследование, опубликованное в Journal of Food Science (2010) compared the stability of beverage cloud emulsions formulated with different gum acacia and starch-based emulsifiers and found that gum acacia-based emulsifiers were generally superior to modified starches for long-term emulsion stability in model beverage systems. However, modified starches performed adequately for shorter shelf-life applications and offered cost advantages.

3.2 Уравновешивающие агенты и подбор плотности

Большинство ароматических масел имеют плотность ниже воды (обычно 0,8–0,9 г/мл для цитрусовых масел), что означает, что нестабилизированные масляные капли со временем поднимаются к поверхности, образуя знакомое «кольцо у горлышка» бутылки. Для предотвращения этого в напитках обычно используют утяжелители — пищевые материалы с плотностью выше воды, чтобы приблизить общую плотность масляной фазы к водной.

Распространённые утяжелители включают эфирный жгут (глицериновый эфир древесного соснового смолы), ацетат сахарозы изобутилат (SAIB) и бромированное растительное масло (BVO), хотя BVO всё чаще исключают из многих рынков из-за регуляторных и потребительских опасений. Утяжелитель растворяется в масляной фазе перед эмульгированием, а концентрация рассчитывается так, чтобы плотность конечной масляной фазы была максимально близка к плотности готового напитка, обычно 1.02–1.04 г/мл для напитков с сахаром.

4. Производственные аспекты: оборудование и затраты

4.1 Производство водорастворимых ароматов: простое смешивание

Water-soluble flavors can be added to a beverage batch using a simple dosing pump or manual addition into a mixing tank, followed by gentle agitation. No specialized emulsification equipment is required, and the processing time for flavor addition is measured in minutes. This simplicity translates into lower capital equipment requirements, lower energy consumption and fewer quality-control checkpoints during production.

Для брендов, производящих на контрактных производственных предприятиях, водорастворимые ароматизаторы также снижают риск ошибок при обработке. Производитель по контракту, которому поручено добавить водорастворимый аромат в смесительный резервуар, сталкивается с совершенно иными операционными требованиями, чем тот, кто должен подготовить и стабилизировать эмульсию — разница, которая может влиять на минимальные объемы заказа, время смены и график производства.

4.2 Производство маслорастворимых/эмульсионных ароматов: необходима гомогенизация

Маслорастворимая ароматическая эмульсия должна быть подготовлена как отдельный предварительный раствор перед добавлением в партию напитка. Масляная фаза (ароматические масла + уравнитель плотности) и водная фаза (вода + эмульгатор) объединяются и проходят через высоконапорный гомогенизатор, обычно при давлениях от 150 до 300 бар. Этот процесс создает распределение капель субмикронного размера, необходимое для длительной стабильности.

Этап гомогенизации требует капитального оборудования, энергии, обучения операторов и контроля качества (анализ размера частиц, визуальный осмотр на кремацию или кольцевание). Он также увеличивает время обработки — обычно 30–90 минут для производственной партии эмульсии — и создает контрольный пункт, где неправильно подготовленная эмульсия не может быть исправлена простым повторным смешиванием; ее необходимо утилизировать или перерабатывать заново.

Эти технологические различия создают реальный ценовой разрыв между двумя системами. Бренд, выбирающий между водорастворимым и маслорастворимым ароматом, должен учитывать не только стоимость концентрата за килограмм, но и полностью загруженные производственные затраты, включая оборудование, энергию, труд, контроль качества и потери при выходе. Во многих случаях общие затраты владения маслорастворимой системой превышают водорастворимую на 15–30%, даже при сопоставимой стоимости самого ароматического концентрата.

Сравнение процессов производства ароматов для напитков

5. Стабильность и режимы выхода из строя при хранении

5.1 Водорастворимые системы: возможные проблемы

Water-soluble flavor systems are generally lower-risk from a physical stability perspective, but they are not immune to problems. The primary failure modes are:

• Precipitation: some flavor compounds that are soluble at ambient temperature can crystallize or precipitate at refrigerated temperatures. This is particularly relevant for beverages distributed through cold-chain retail.
• Chemical degradation: water-soluble compounds in an aqueous environment are more susceptible to hydrolysis, oxidation and pH-catalyzed degradation than the same compounds protected inside an oil droplet. Citrus aldehydes, for example, can degrade noticeably over a 6-month shelf life in a clear, low-pH beverage.
• Flavor scalping: certain water-soluble aroma compounds can be absorbed by plastic packaging (PET, HDPE), reducing the perceived flavor intensity over time. This is less of a concern for oil-soluble systems because the oil phase reduces the driving force for migration into the package.

5.2 Эмульсионные системы: возможные проблемы

Эмульсии масло в воде сталкиваются с иными проблемами стабильности:

• Creaming and ringing: if the oil-phase density is not properly matched to the beverage density, oil droplets will rise and form a visible ring at the liquid surface. This is often the first complaint that triggers a quality investigation.
• Flocculation and coalescence: droplets can aggregate into clusters (flocculation) or merge into larger droplets (coalescence), both of which accelerate creaming and produce visible changes in beverage appearance.
• Ostwald ripening: smaller oil droplets dissolve and redeposit onto larger droplets due to the higher solubility of very small droplets. Over time, this broadens the particle-size distribution and destabilizes the emulsion. Weighting agents and careful emulsifier selection can slow but not eliminate this process.
• Oxidation: unsaturated oils in the flavor emulsion can oxidize, producing rancid off-notes. This is accelerated by exposure to light, heat and dissolved oxygen. Antioxidants such as tocopherols or ascorbyl palmitate may be included in the oil phase to delay oxidation.

Бренд напитка, выбравший маслорастворимую систему ароматизаторов, должен провести ускоренные исследования стабильности (повышенная температура, воздействие света, циклы заморозки и оттаивания) перед началом коммерческого производства. Результаты этих исследований — а не только технический паспорт — должны служить основанием для определения готовности эмульсии к производству.

6. Критерии выбора: когда применять какую систему

6.1 Факторы, способствующие использованию водорастворимых ароматов

Water-soluble systems are generally the right choice when: the target beverage is clear or lightly colored and clarity is a brand requirement; the flavor profile is predominantly polar (fruit acids, short-chain esters, some botanical extracts); the production facility lacks homogenization capability; the brand wants the simplest possible production process with the fewest quality-control variables; or the target cost structure does not support the additional processing burden of an emulsion system.

Прозрачные безалкогольные напитки — ароматизированные воды, прозрачные чаи, функциональные воды, электролитные напитки — являются естественной средой для водорастворимых ароматов. Эти продукты соревнуются по визуальной ясности и ощущению освежения, и мутная эмульсия подорвала бы оба качества.

6.2 Факторы, способствующие использованию маслорастворимых/эмульсионных ароматов

Маслорастворимые системы необходимы или предпочтительны, когда профиль аромата основывается на цитрусовых маслах, специях-олеорезинах или других сильно гидрофобных материалах; когда бренд стремится к естественной «сокоподобной» мутности, которую могут обеспечить эмульсии (многие цитрусовые напитки используют эмульсии и для доставки аромата, и для визуального эффекта); когда требуется длительный срок хранения для защиты аромата от разложения, поскольку масляная фаза может защищать чувствительные соединения от гидролиза и окисления; или когда напиток газирован, так как CO₂-кислотность и образование пузырьков могут дестабилизировать некоторые водорастворимые системы, тогда как хорошо сформулированные эмульсии обычно менее подвержены этим эффектам.

Работы CUIGUAI по floral notes in beverages using lavender and elderflower demonstrates how certain delicate botanical profiles benefit from the protective environment of an emulsion delivery system. Similarly, the development of heat-processed beverages, explored in our earlier article on pasteurization and fruit flavor volatilesЭтот аспект подчеркивает, как термическая обработка может взаимодействовать как с растворимыми, так и с эмульгированными системами ароматизаторов, что требует обязательного тестирования в условиях реального производственного процесса.

6.3 Гибридные подходы

Некоторые профили напитков выигрывают от гибридного подхода: водорастворимый аромат для основной части профиля в сочетании с отдельной эмульсией для цитрусовых масел или пряных нот. Такой подход позволяет бренду сохранить прозрачность для большинства ароматов, при этом обеспечивая ароматическую насыщенность, которую могут дать только маслорастворимые соединения — хотя и с увеличением сложности управления двумя отдельными добавками и контролем качества.

Для брендов, исследующих сложные профили, сочетающие фруктовые, ботанические и жареные ноты, CUIGUAI intense coffee flavor concentrate provides a useful example of a predominantly water-compatible system that can serve as the anchor for a more complex layered profile.

7. Регуляторные и маркировочные аспекты

7.1 Декларация ингредиентов для эмульсий

When a beverage emulsion is used, the ingredient declaration must reflect all components of the emulsion system: the flavor itself, the emulsifier (gum arabic, modified starch, etc.), the weighting agent (ester gum, SAIB, etc.) if used, and any preservatives or antioxidants included in the formulation. These components are not optional declarations; they are ingredients in the finished beverage and must appear on the label in most regulatory jurisdictions.

7.2 Ограничения по натуральности, органике и чистой маркировке

Арабская резина обычно считается натуральным ингредиентом и совместима с органической сертификацией при происхождении от сертифицированных органических акаций. Модифицированный крахмал, хотя и получен из натуральных источников, является химически модифицированным компонентом, что может не соответствовать всем требованиям чистых этикеток или натурального позиционирования. Эфирный жгут и SAIB — синтетические утяжелители, создающие дополнительные сложности с маркировкой.

Бренд, стремящийся к позиционированию с чистой этикеткой, должен на ранних этапах разработки обсудить с поставщиком ароматизаторов варианты эмульгаторов и уравнителей плотности. Некоторые поставщики могут формулировать эмульсии, используя только гуаровую камедь в качестве эмульгатора, и корректировать состав масляной фазы, чтобы минимизировать или исключить необходимость синтетических уравнителей, хотя это обычно сокращает ассортимент используемых масел и может требовать более короткого срока хранения.

8. Рекомендации по выбору аромата

Заключение: правильный выбор зависит от всего продукта, а не только от аромата

Техническая консультация по растворимости ароматов для напитков

Нет универсально правильного выбора между водорастворимыми и маслорастворимыми системами ароматизации напитков. Оптимальный вариант определяется концепцией продукта, целевым ароматическим профилем, условиями производства, требованиями к сроку хранения, позиционированием на этикетке и структурой затрат.

What is universally true is that the choice should be made deliberately, early in the development process, with input from both the flavor supplier and the production team. A brand that defaults to one system without evaluating the alternatives may discover late in development that the chosen system cannot deliver the required clarity, stability or flavor impact—at which point reformulation is far more expensive than it would have been at the concept stage.

Наиболее эффективным подходом является запрос у поставщика образцов как водорастворимых, так и эмульсионных вариантов целевого ароматического профиля, их тестирование в реальной матрице напитка при условиях, приближенных к производственным, и сравнение не только сенсорных характеристик, но и стоимости производства, данных о стабильности и особенностях маркировки. Такой структурированный анализ превращает абстрактный технический вопрос в обоснованное бизнес-решение.

Технический обмен и бесплатные образцы

Разрабатываете напиток и нуждаетесь в определении наиболее подходящей системы ароматизации — водорастворимой или маслорастворимой/эмульсионной? CUIGUAI Flavoring предоставляет образцы ароматов в обеих системах, проводит тестирование применимости и оценку стабильности. Поделитесь вашими целевыми характеристиками, требованиями к прозрачности, возможностями производства и сроком хранения, чтобы наша команда R&D могла порекомендовать наиболее оптимальную систему доставки для вашего проекта.

Запросить технический обмен или бесплатные образцы: Свяжитесь с CUIGUAI Flavoring

Источники

1. “Microscience of the Beverage Industry.” Encyclopedia of Food Sciences and Nutrition, 2023. Encyclopedia.pub.
2. Пиорковски, Д. Т. и МакКлементс, Д. Дж. «Эмульсии напитков: ключевые аспекты их формирования и физико-химической стабильности». Журналы MDPI, 2018. MDPI Напитки.
3. Чанамай, Р. и МакКлементс, Д. Дж. «Деплёционная флокуляция эмульсий напитков с помощью арабской резины и модифицированного крахмала». Журнал пищевых наук, 2001.
4. CUIGUAI Ароматизатор. «Цветочные ноты в напитках: эффективное использование лаванды и бузины». Технический блог CUIGUAI.
5. CUIGUAI Ароматизаторы. «Влияние пастеризации на летучие соединения фруктового аромата в соках» Технический блог CUIGUAI.