藥品微生物控制中水分活度測定的應用前景

王忠華

天津紅日藥業(yè)股份有限公司 天津 301700

水分活度概念自從1957年被提出之后，在食品保藏方面得到很多應用。水分活度定義為物質(zhì)中水分含量的活性部分或者說自由水。水分活度被認為是產(chǎn)品穩(wěn)定性的一個重要指標。通過適當?shù)姆椒ǎòǜ稍?、大量的糖或者鹽與水的化學結合）控制水分活度在低水平達到產(chǎn)品長期保存，這種方法在民間被人類長期使用。從微生物的角度來說，控制水分活度可以抑制微生物的生長。這就能解釋蜂蜜、蜜餞、咸菜為什么不容易長菌。而且控制水分活度不止能控制微生物的生長，產(chǎn)品的化學和物理性能也得到了很好的保存。藥品從微生物風險控制的角度可以分為無菌藥品和非無菌藥品。非無菌藥品基于產(chǎn)品屬性、給藥途徑及目標人群，最終產(chǎn)品要求達到相應的微生物限度標準。其中非無菌含藥材原粉的固體口服給藥制劑因為含有藥材原粉，微生物限度標準最寬。在生產(chǎn)過程中，原料水、藥品原料、生產(chǎn)設備、操作人員和生產(chǎn)環(huán)境都會引入微生物污染。采用過分的微生物控制將增加復雜性或成本，合理的非無菌藥品的微生物負載控制是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關鍵因素。低水活度、高或低pH的藥品原料、本身有抗菌性或含有防腐劑的藥品原料微生物增殖的風險較低?？刂扑只疃瓤梢蕴岣咚幤返姆€(wěn)定性[1]。

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。RH可通過直接測量蒸汽壓或露點的方法獲得，也可通過傳感器間接測量，傳感器的物理或電學特性會隨著所處環(huán)境的相對濕度的變化而變化。水分活度和平衡相對濕度（ERH）之間的關系由以下等式表示：ERH=aw×100%水分活度是物理化學術語，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)氏皿擴散法）。國際上多采用儀器測定法，我國食品安全國家標準一直以來均采用恒定相對濕度平衡法（康衛(wèi)氏皿擴散法），現(xiàn)行版《食品安全國家標準食品水分活度的測定》首次收載儀器測定法作為第二法?！吨腥A人民共和國藥典》（簡稱《中國藥典》）2015年版收載了費休氏法等5種水分測定方法，但尚未收載水分活度的測定方法。目前，水分活度測定常用的3種方法是露點/冷面鏡法、電子濕度計法和相對平衡濕度法[2]。

2 藥品微生物控制中水分活度測定的應用

2.1 微生物生長的最低aw

微生物生長環(huán)境中可利用的水分是其生長的必要條件，而aw表示產(chǎn)品中水的一種能量狀態(tài)，反映水與產(chǎn)品組分之間結合的緊密程度，是微生物賴以生存的自由水的量度。aw介于0-1。數(shù)值越大，表示水的自由程度越高，越容易被微生物利用；數(shù)值越小，表示水的自由程度越低，水與產(chǎn)品組分之間結合得越緊密越難被微生物利用。aw與微生物的生長密切相關，在控制微生物生長繁殖方面起著重要作用。通常物質(zhì)中的水被分為自由水（或游離水）和結合水。微生物需要自由水進行新陳代謝活動，如細菌細胞只能通過細胞壁傳遞營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物，代謝產(chǎn)物必須是可溶形式以滲透細胞壁。當微生物細胞處于低aw時，由于滲透作用，水傾向于流出細胞，如果細胞無法調(diào)節(jié)水的平衡，細胞生長將會被抑制甚至死亡。而aw是“自由水”的量度，因此用于反映微生物的生長繁殖，aw是比水分含量更有效的參數(shù)。微生物的生長活動只發(fā)生在一定aw范圍內(nèi)，其生長都有最低限值，低于了這個限值微生物就不能生長。不同微生物生長的最低aw需求不同。一般來說，革蘭陰性菌包括與藥品質(zhì)量密切相關的控制菌，如銅綠假單胞菌、大腸埃希菌、沙門菌等在aw低于0.91的產(chǎn)品中不會生長繁殖，革蘭陽性菌如金黃色葡萄球菌在aw低于0.86不會生長繁殖，黑曲霉在aw0.77以下不會生長繁殖，所有微生物在aw低于0.60時不會增殖[3]。

2.2 降低藥品使用的風險

相關研究結果表明，所有微生物藥品在使用過程中均不可避免地面臨一定的風險，所以在看重微生物藥品本身高療效性優(yōu)勢的同時，還需要關注其潛在的風險問題。比如，藥物使用過程中往往會遇到由于微生物藥品使用所誘發(fā)的不良反應問題，不僅影響治療效果，甚至還會進一步加重患者病情。這種情況下，要求在藥品使用之前，落實對藥品微生物的檢驗工作。只有確定藥品微生物符合限定標準，才能將其投入市場，以此來最大程度上降低藥品使用風險，有利于保障消費者的身體健康。檢驗藥品中的微生物與人類健康息息相關，必須給予高度重視。

2.3 水分活度在非無菌制劑微生物控制中的應用

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險。在穩(wěn)定儲存條件下水分活度是藥品的固有屬性。在科學的微生物風險評估的基礎上，可根據(jù)水分活度制定有針對性的個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。應注意的是使用水分活度進行微生物控制，必須遵循嚴格的GMP，以確保微生物的最低負載。這種微生物控制理念為藥品微生物控制提供了新的思路和方向。USP＜1112＞提供了藥品處方對微生物污染影響的指導，降低藥品水分活度對預防潛在微生物的增殖大有裨益；非無菌制劑的處方、生產(chǎn)步驟和測試應反映這一參數(shù)。非水液體或固體劑型由于其低水分活度而不支持孢子萌發(fā)或微生物生長，其微生物監(jiān)測的頻率可以通過審查產(chǎn)品的歷史測試數(shù)據(jù)和證明原材料、水、生產(chǎn)過程、制劑和包裝的微生物控制有效性來確定。歷史測試數(shù)據(jù)包括在產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)、過程驗證和足夠的產(chǎn)品批次（至少20批）常規(guī)測試中的微生物監(jiān)測數(shù)據(jù)，以確保產(chǎn)品極小的或無微生物污染的可能。

2.4 添加組分

從提高穩(wěn)定性的角度考慮，添加組分必須關注對水分活度的影響。以頭孢克洛干混懸劑為例，通過對相同原料藥來源的不同企業(yè)產(chǎn)品進行比較，發(fā)現(xiàn)輔料的種類和含量不同與水分活度的變化呈正相關，水分活度增長低的樣品穩(wěn)定性高。在食品領域，無機鹽類常常作為水分活度的降低劑來提高食品的保質(zhì)期。一般認為，在溶液或膠體中，無機鹽類可以很有效地調(diào)節(jié)該溶液的滲透壓，從而對維持微生物細胞內(nèi)外滲透壓平衡有著重要作用。相比較高價態(tài)鹽類，低價態(tài)鹽類對水分活度的影響更大些。在化妝品領域，也有專利通過在化妝品中添加丙二醇、二丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、甘油、雙甘油、山梨（糖）醇、甜菜堿、葡萄糖、海藻糖、蔗糖、聚乙二醇-8、聚乙二醇-32、甲基葡糖醇聚醚-10、甲基葡糖醇聚醚-20、甘油聚醚-26、泊洛沙姆184的一種或他們的混合物或它們的同分異構體來控制水分活度，同時添加pH緩沖劑控制pH達到產(chǎn)品三年的保質(zhì)期。在食品和化妝品領域應用的這些水分活度降低劑也很有可能在藥品中相對應的口服類劑型和外用類劑型中得到應用。

3 aw在藥品微生物控制中的應用前景

在制藥工業(yè)中，非無菌制劑aw與以下方面有關：

（1）藥品處方及抑菌體系的抑菌有效性。

（2）藥品處方中易于化學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)。不同aw藥品中的微生物生存行為對于藥品微生物控制非常重要，低aw會防止微生物在藥品上的生長繁殖。在科學的微生物風險評估基礎上，可根據(jù)aw設置有針對性的個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。應注意的是，使用aw進行微生物控制，必須遵循嚴格的GMP，以確保微生物的最低負荷。USP＜1112＞提供了藥品處方對微生物污染影響的指導，降低藥品aw對預防潛在微生物的增殖大有裨益；非無菌制劑的處方，生產(chǎn)步驟和測試應反映這一參數(shù)。

4 結語

水分活度測定在非無菌制劑中的應用可逐步推進生產(chǎn)企業(yè)對藥品微生物控制水平的提升，以及解決由大量的無價值檢驗造成的資源浪費，有助于提高生產(chǎn)效率，降低風險，節(jié)省成本。