综述：三氯蔗糖在电子香烟气溶胶中的环境影响：降解过程与毒理学研究

《Next Research》：Environmental Impacts of Sucralose in E-Cigarette Aerosols: Degradation and Toxicology

蔗糖醇在电子烟加热过程中生成氯丙醇等有毒物质，导致空气和水污染，对生态及人体健康构成威胁。全球监管差异显著，需加强统一法规和替代甜味剂研发。

　　

杨文武|陈赫|匡丽萍|聂戈

珠穆朗玛实验室，深圳市吉尔科技有限公司，中国广东省深圳市518052

摘要

三氯蔗糖是电子香烟液体中常用的甜味剂，在吸食温度（200-350°C）下会发生热降解，释放出氯丙醇（如3-单氯丙烷-1,2-二醇[3-MCPD]）、氯化氢（HCl）、醛类和多环芳烃（PAHs）等有毒物质到气溶胶中，从而加剧空气污染。在全球范围内，废水中的三氯蔗糖浓度范围为18-3,180 ng/L，它作为一种新兴污染物持续存在，会对斑马鱼和水蚤等生物造成毒性影响。本文综合了2010-2025年的相关文献（58项研究），探讨了三氯蔗糖的热降解、吸入毒理学、环境影响及监管框架。元分析显示，气溶胶中的3-MCPD平均浓度为5.2 μg/吸（95%置信区间：0.1-25 μg/吸），对于每天吸150口的70公斤体重用户而言，这一浓度超过了安全阈值18倍，存在吸入风险；同时，其对生态系统的危害也会扰乱水生生态系统。全球各国对三氯蔗糖的监管政策各不相同，中国、欧盟、巴西和印度已禁止使用该物质，而美国则仍允许其使用，这阻碍了污染控制。建议通过长期吸入研究、统一监管标准和开发可持续甜味剂来减轻环境和健康影响，目标是在2030年前将电子香烟相关的污染减少20-30%。

引言

全球电子香烟市场呈指数级增长，2024年的估值达到246亿美元，预计到2033年将增长至416亿美元，年复合增长率（CAGR）为5.39%[1]。这一增长尤其在欧洲、北美、东南亚、拉丁美洲和非洲的新兴市场中尤为明显，主要得益于风味电子液体的吸引力，这些液体提升了用户体验，并显著促进了青少年对电子香烟的尝试[2][3][4]。电子香烟通过将含有丙二醇（PG，C₃H₈O₂）、植物甘油（VG，C₃H₈O₃）、尼古丁、香料和甜味剂的液体加热至200-350°C来产生气溶胶[5]。这些气溶胶中含有细颗粒物（PM2.5）和挥发性有机化合物（VOCs），对室内和室外空气造成污染，对环境和公共健康构成重大威胁，主要影响使用者，同时也通过排放物影响环境[6][7]。

三氯蔗糖（C₁₂H₁₉C₁₃O₃，分子量397.64 g/mol），以Splenda?品牌销售，是一种常见的合成甜味剂，通过用氯原子替代蔗糖中的三个羟基制成，其甜度是蔗糖的600倍，且热量几乎可以忽略不计[8]。由于其稳定的口感，它成为电子液体中的优选甜味剂，通常使用浓度为0.1%至1%，以增强风味并掩盖尼古丁的苦味，在全球30-50%的电子液体样本中都有使用[9][10]。然而，三氯蔗糖的热稳定性有限，在128-131°C时就开始分解，远低于电子香烟的吸食温度，从而产生氯丙醇（如3-MCPD）、氯化氢（HCl）、醛类（如甲醛、乙醛）和多环芳烃（PAHs）等热降解产物[11][12]。这些有毒物质通过气溶胶释放到环境中，加剧了VOC排放和PM2.5污染，对空气质量及非使用者造成严重影响[6]。三氯蔗糖通过HCl催化作用，使VOC和PM2.5的生成量增加10-20%[11][13]。

三氯蔗糖的环境持久性不仅限于空气污染，它还在水生系统中成为一种新兴污染物。其在水中的高稳定性导致其在废水中的积累，天然水体中的浓度范围为18-3,180 ng/L，例如在美国的纳拉甘西特湾、南非河流（50-500 ng/L）和墨西哥水道（200-1,000 ng/L）均有记录[3][4][14]。三氯蔗糖难以通过常规废水处理工艺去除，去除效率低于20%，因此会在河流、河口和沿海水域中被检测到[14]。水生毒性研究表明，其在环境相关浓度（100-1,000 ng/L）下会导致斑马鱼胚胎出现氧化应激、发育畸形和凋亡相关基因表达升高（超氧化物歧化酶活性增加20-30%[15]）。水蚤（Daphnia magna）也表现出心脏毒性和神经行为变化，包括心率和运动能力下降15-25%，表明其会扰乱水生食物网[16]。三氯蔗糖的碳-氯（C-Cl）键结构与持久性有机污染物（如DDT）相似，这引发了人们对热解过程中可能产生氯化副产品的担忧，这些副产品可能进一步加剧环境和生态风险[17]。

虽然三氯蔗糖的口服安全性已得到确认，联合国粮农组织/世界卫生组织食品添加剂联合专家委员会（JECFA）规定的每日可接受摄入量（ADI）为15 mg/kg体重（ADI适用于口服摄入；吸入阈值未确定），美国食品药品监督管理局（FDA）规定的ADI为5 mg/kg体重，但其在电子香烟气溶胶中的吸入安全性尚未得到充分研究，因为ADI值不适用于吸入途径[18]。气溶胶中的3-MCPD浓度可达到0-25 μg/吸，对于每天吸150口的70公斤体重用户而言，这一浓度超过了JECFA规定的每日最大可容忍摄入量（PMTDI）2 μg/kg体重的18倍[11]。这种暴露水平可能与致癌和遗传毒性效应相关，包括肾脏和睾丸损伤，因为3-MCPD被归类为可能致癌物质（IARC 2B组）[18]。最新研究表明，三氯蔗糖具有免疫调节作用，如T细胞增殖减少15-20%，并可能与心血管风险相关[19][20]。通过室内空气污染的间接暴露进一步复杂化了风险状况，因为电子香烟气溶胶中的VOC和PM2.5会使室内污染物浓度增加10-20%，影响包括儿童和老年人在内的非使用者[6]。

全球对电子液体中三氯蔗糖的监管标准不一，加剧了环境污染。中国的国家标准GB 41700-2022明确禁止在电子液体中使用三氯蔗糖，仅允许使用纽特胺（neotame）等101种批准添加剂，这反映了人们对热解产生的有毒物质的担忧[5]。欧盟的EN 17648: 2022也禁止在电子液体中使用三氯蔗糖，这与烟草产品指令（2014/40/EU）一致，该指令要求成分在加热条件下不得对健康构成风险[21]。法国的AFNOR XP D90-300-2:2021规定，除非科学验证其在吸食条件下的安全性，否则禁止使用三氯蔗糖[22]。相比之下，美国缺乏针对电子液体的具体监管规定，三氯蔗糖仅被批准用于口服；大多数含有三氯蔗糖的电子液体都是非法的，尽管执行力度有限[23][24]。新兴经济体采取了不同的措施：巴西的ANVISA在2023年禁止了风味电子液体，印度的《电子香烟禁令法》（2019年）全面禁止电子香烟，东南亚国家如泰国则部分允许使用[25][26][27][28]。这些差异导致环境影响的差异，例如美国由于宽松的政策，电子香烟的VOC排放量高出10-15%[11]。监管资源不足，加上小型零售商和在线平台的普遍存在使得秘密销售成为可能，非法交易者的活动也加剧了跨境非法电子液体的贸易[25]。

电子香烟中三氯蔗糖的环境和健康风险要求对其整个生命周期进行全面评估，从气溶胶排放到废水中的持久性以及生态影响。本文综合了2010-2025年的同行评审文献，评估了三氯蔗糖作为空气和水污染物的作用、其吸入条件下的毒理学特性，以及全球监管框架在减轻其环境足迹方面的有效性。通过研究热降解机制、定量污染物数据、水生毒性和政策缺口，本研究旨在为可持续电子液体配方、统一监管和针对性研究提供基于证据的建议，以减少电子香烟相关的污染。

文献检索策略

进行了系统的文献回顾，以评估电子香烟液体中三氯蔗糖的环境影响、热降解、吸入毒理学和监管框架。检索了五个数据库：PubMed、Web of Science、Scopus和中国国家知识基础设施（CNKI），时间范围为2010年1月至2025年1月，以获取最新和相关的研究结果。这一时间范围与电子香烟市场的快速增长和新兴研究相吻合

热降解和污染物生成

三氯蔗糖的热稳定性较低，在128-131°C时开始分解，这是通过热重分析（TG-DTA）和差示扫描量热法（TG-DSC）确定的[12]。在电子香烟的吸食温度（200-350°C）下，三氯蔗糖会发生热降解，主要是由碳-氯（C-Cl）键的断裂驱动（活化能约为250 kJ/mol），产生有毒降解产物，如氯丙醇（如3-MCPD）和氯化氢（HCl）等

局限性

本综述依赖于二手数据，未进行新的实验，可能限制了新的见解。系统检索共获得了58项研究，但出版偏倚可能导致负面结果被排除。研究条件的差异（如吸食次数、线圈类型、PG/VG比例）影响了20-50%的产量估计值，从而可能在非标准设置中高估了风险[31][32]。虽然主要关注电子香烟，但也包括了废水/食品背景的研究以确保完整性；然而，只有30%的研究

结论

电子液体中的三氯蔗糖会产生如3-MCPD等有毒物质（平均每口5.2 μg），其浓度超过安全水平26倍，具有遗传毒性和致癌风险（IARC 2B）。醛类会引发炎症（IL-6升高10-15%），而多环芳烃和灰尘（每克3-MCPD含5-10 μg）会对非使用者构成威胁。废水中的三氯蔗糖浓度较高（80-90%的样本），水生生物的生存能力也会受到威胁（斑马鱼存活率降低20-30%）。中国、欧盟、巴西和印度的禁令使VOC排放量减少了15-30%，而美国的排放量仍高出10-15%。

资金

本手稿的编写未接受任何外部资助。

作者贡献声明

杨文武：撰写——初稿、可视化、概念构思。陈赫：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、验证、方法学、概念构思。匡丽萍：可视化、验证、监督。聂戈：验证、监督、资源提供。

利益冲突声明

作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。