淺析水分活度測定在非無菌制劑微生物控制中的應(yīng)用

微生物指標(biāo)是反映藥品安全性和有效性的重要指標(biāo)，而水在藥品生產(chǎn)中用量大，使用廣，用于生產(chǎn)過程及藥物制劑的制備，藥品中不可避免地含有水分。長期以來，水分含量是反映藥品質(zhì)量安全和穩(wěn)定的一個(gè)重要參數(shù)。然而，用于控制微生物導(dǎo)致的變質(zhì)，水分活度（water activity）是比水分含量更重要的一個(gè)參數(shù) ， 它是產(chǎn)品中微生物可利用水的量度，是影響微生物生長的關(guān)鍵因素之一。
 
美國藥典USP 率先將水分活度應(yīng)用于制藥領(lǐng)域微生物控制，（USP）<1112> 水分活度測定在非無菌制劑中的應(yīng)用于2006 年發(fā)布，用以指導(dǎo)水分活度在非無菌制劑微生物控制中的應(yīng)用，包括一系列微生物生長需要的水分活度數(shù)據(jù)和基于產(chǎn)品水分活度的微生物限度檢查建議，推薦水分活度的測量方法等內(nèi)容。

1　水分活度概述
水分活度（aw），是相同溫度下產(chǎn)品水蒸氣壓（P）與純水蒸氣壓（Po）的比值。它在數(shù)值上等于封閉系統(tǒng)中由產(chǎn)品產(chǎn)生的相對濕度（RH）的1/100。水分活度和平衡相對濕度（ERH）之間的關(guān)系由以下等式表示：ERH=aw×100%
 
水分活度是物理化學(xué)術(shù)語，反映產(chǎn)品中水的能量狀態(tài)，表示水與產(chǎn)品成分之間結(jié)合的緊密程度，aw 值介于0~1。
 
水分活度測定一般采用物理或化學(xué)方法，最常用的方法有水分活度儀測定法和恒定相對濕度平衡法（康衛(wèi)氏皿擴(kuò)散法）。國際上多采用儀器測定法。目前，水分活度測定常用的3 種方法是露點(diǎn)/ 冷面鏡法、電子濕度計(jì)法和相對平衡濕度法。露點(diǎn)/ 冷面鏡法是USP、歐洲藥典（EP）、日本藥局方（JP）、美國分析化學(xué)家協(xié)會（AOAC）、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）等推薦的測定水分活度的標(biāo)準(zhǔn)方法。

2　水分活度與微生物生長的關(guān)系
1953 年William James Scott 發(fā)現(xiàn)了水分活度影響微生物生長，1957 年提出了微生物生長所需的最低的水分活度限值，并明確了是水分活度而不是水分含量影響微生物生長。目前這一概念已經(jīng)作為預(yù)測微生物生長，反映產(chǎn)品穩(wěn)定性和安全性的參數(shù)而被廣泛認(rèn)可。降低水分活度將會導(dǎo)致微生物生長停滯期的延長，代謝活性的降低，生長繁殖速率的降低，細(xì)菌內(nèi)生孢子和霉菌孢子活性的降低，產(chǎn)生毒素的減少，以及細(xì)菌孢子耐熱性增加等作用。
 
在微生物學(xué)中細(xì)菌、酵母菌和霉菌的新陳代謝、繁殖、孢子萌發(fā)和生存需要可利用水，水分活度是反映存在于產(chǎn)品中微生物新陳代謝的可利用水（非結(jié)合水或自由水）的量度。因此水分活度是預(yù)測產(chǎn)品中潛在微生物生長繁殖的有力工具。
 
3　水分活度在非無菌制劑微生物控制中的應(yīng)用
通過測量和控制藥品處方的水分活度，可以減少或消除微生物增殖風(fēng)險(xiǎn)。在穩(wěn)定儲存條件下，水分活度是藥品的固有屬性。在科學(xué)的微生物風(fēng)險(xiǎn)評估的基礎(chǔ)上，可根據(jù)水分活度制定有針對性的個(gè)性化微生物控制方案，如全面的微生物限度檢查或減少日常檢查。應(yīng)注意的是使用水分活度進(jìn)行微生物控制，必須遵循嚴(yán)格的GMP，以確保微生物的最低負(fù)載。USP<1112> 提供了藥品處方對微生物污染影響的指導(dǎo)，降低藥品水分活度對預(yù)防潛在微生物的增殖大有裨益；非無菌制劑的處方、生產(chǎn)步驟和測試應(yīng)反映這一參數(shù)。
 
水分活度遠(yuǎn)低于0.75（例如：片劑，膠囊，非水液體藥品，軟膏和栓劑等劑型）的藥品將是減少微生物限度檢查和穩(wěn)定性評價(jià)極佳的研究對象。在進(jìn)行藥品生產(chǎn)時(shí)如原輔料微生物指標(biāo)優(yōu)良，生產(chǎn)環(huán)境不產(chǎn)生微生物污染，本身具有減少微生物的生產(chǎn)過程，制劑有抗微生物活性，以及生產(chǎn)場所已建立了與其產(chǎn)品相關(guān)的低生物負(fù)載的歷史測試數(shù)據(jù)時(shí)，建立合理的微生物風(fēng)險(xiǎn)評估體系，通過水分活度反映微生物穩(wěn)定性十分有效。
 
4測定水分活度的意義
微生物生長有最低水分活度要求，低于此要求的微生物將不能生長。因此，水分活度控制作為微生物風(fēng)險(xiǎn)控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是影響藥品穩(wěn)定性的關(guān)鍵參數(shù)。通過設(shè)計(jì)和控制藥品水分活度，優(yōu)化處方，可準(zhǔn)確的評估藥品的安全性和穩(wěn)定性，降低微生物增殖風(fēng)險(xiǎn)。不同水分活度的藥品中的微生物生存行為對于藥品微生物控制非常重要。
 
對于制藥工業(yè)，非無菌制劑水分活度與以下方面有關(guān)：（1）藥品處方以及抑菌體系的抑菌有效性；（2）藥品處方中易于化學(xué)水解的活性藥物成分的降解；（3）藥品處方（尤其是液體、膏、乳液和霜）易受微生物污染的程度；（4）提供了減少微生物限度檢查，依照通則非無菌制劑微生物限度檢查法篩查藥品有效性、穩(wěn)定性和控制菌釋放的理論依據(jù)。低水分活度會防止微生物在藥品上的生長繁殖。
 
意大利Steroglass斯特洛WaterLab 高精度露點(diǎn)水分活度儀，采用鏡面冷卻露點(diǎn)傳感器和創(chuàng)新的智能控制模式，分辨率高達(dá)0.0001aw，準(zhǔn)確性0.003aw，，5min之內(nèi)即可完成測試，可以準(zhǔn)確、快速測出樣品的水活度值（aw）。

并且，該設(shè)備運(yùn)用新的校準(zhǔn)和精確的溫度控制系統(tǒng)，可以使樣品倉內(nèi)溫度迅速達(dá)到指定溫度（如25℃）。另外，該設(shè)備可控制樣品室內(nèi)溫度：15-50℃，并帶有TEST LIFE模擬程序，可以幫助用戶測定不同溫度條件下樣品的水分活度，為產(chǎn)品的儲存溫度和包裝條件提供有效的判斷依據(jù)，對于判斷產(chǎn)品真實(shí)貨架壽命具體實(shí)際的參考意義。