胶囊剂药品水分活度分布规律及对微生物控制应用

易 巧 刘卫德 储梅君 章 红

江西省药品检验检测研究院 国家药品监督管理局中成药质量评价重点实验室江西省药品与医疗器械质量工程技术研究中心，江西南昌 330029

水分在物质表面的吸附作用是可逆的。与物质表面直接结合的单分子层最紧密，不容易被微生物利用。当物体表面形成多层水分子结构，外层的吸附水自由度较大，较易重新解析为自由水，可直接被微生物利用。水分活度（aw）即物质中的自由水[1]。水活度的范围从纯净水的1.00至极干物质的0.00[2]，能影响微生物的生长。如果水活度低于微生物的最低需求，微生物生长的迟缓期会延长，对数期缩短，稳定期的微生物总数下降直到不再生长[3]。

各种微生物对aw的生长需求不同。一般细菌所需最低aw较高，除常见的金黄色葡萄球菌（需氧）为0.87外，大多数细菌所需最低aw＞0.90。霉菌所需最低aw在0.75～0.85。这意味着，如果产品的aw在0.90以上，就有被细菌、霉菌和酵母污染的风险[3-5]。如果aw在0.77～0.90，产品受霉菌和酵母的污染概率更大。如果aw在0.77以下，产品受微生物污染的风险变小，可以减少常规的微生物检测[4]。药品aw检测对于预测产品的潜在污染微生物类型、保持化学稳定性、评估物理性质至关重要[6]。通过控制药品aw可以降低微生物污染的风险，还可以用于为不同剂型药品设置更加科学合理的微生物标准[5]。美国药典USP＜1112＞将aw应用于非无菌药品的监测上[7]，日本药局方（JP17）也利用aw值设置不同非无菌制剂的微生物限度标准[8]。

美国药典不同药品aw应用中，分别对鼻吸入剂、头部外用洗剂、解酸剂及口服液等制剂进行分析[7，9]，根据制剂aw情况，推测出其潜在微生物污染，从而推荐检测项目。我国最新出版的《中华人民共和国药典》2020年版[10]未涉及aw。本研究拟针对11个品种的胶囊剂aw展开研究，检测国内胶囊制剂aw大小，为胶囊剂药物的微生物风险控制提供数据支持。

1 仪器与试药

1.1 仪器

Aqualab 4T水分活度仪（美国Decagon公司）；SW-CJ-2FD净化工作台（苏州安泰空气技术有限公司）。

1.2 试药

阿莫西林胶囊、穿王消炎胶囊、诺氟沙星胶囊、头孢氨苄胶囊、头孢拉定胶囊、女金胶囊、宫炎平胶囊、金水宝胶囊、盐酸雷尼替丁胶囊、蚓激酶肠溶胶囊、裸花紫珠胶囊各10批，分别来自37家药企，均为江西省抽验样品。

1.3 方法

1.3.1 aw测定方法 打开水活度仪，等待质检通过。用标准液校准仪器后，将样品置于aw测量杯内，将测量杯置于仪器中，点击“开始”后，仪器自动进行检测，记录仪器显示的检测值，每一个样品平行检测3次，计算平均值，得到该样品aw值。

1.3.2 微生物检测 按照《中华人民共和国药典》2015版四部[11]非无菌产品微生物限度检查：微生物计数法（通则1105）、控制菌检查法（通则1106）对部分样品进行检测。具体样品信息见表1。

表1 微生物检测的胶囊剂样品信息

2 结果

2.1 aw测定结果

本研究对11个品种的110批胶囊剂的aw检测结果见图1。胶囊剂aw分布于0.296～0.789，aw分布于 0.300～ 0.400、0.401～ 0.500、0.501～ 0.600、0.601～0.700、0.701～0.800的样品数分别占总量的6.25%、27.68%、27.68%、28.57%和8.93%。

图1 胶囊剂平均aw统计结果直方图

根据胶囊剂成分，可将样品分为四类：第Ⅰ类为抗生素胶囊，样品涉及4个品种，每品种10批共40批，检测其aw分布于0.424～0.670；第Ⅱ类为中药胶囊，样品涵盖5个品种共50批，aw分布于0.296～0.641；第Ⅲ、Ⅳ类分别为化药胶囊和生物药品胶囊，各1个品种，每品种10批，aw分布于0.568～0.713、0.637～ 0.789。见表2。

表2 胶囊剂aw测定结果

2.2 微生物限度检测结果

对5个品种共44批胶囊剂进行微生物限度检验，检验指标为需氧菌总数（TAMC）、霉菌和酵母菌总数（TYMC）和大肠埃希菌。其中，大肠埃希菌均未检出，TAMC、TYMC结果见表3。

表3 胶囊剂TAMC、TYMC检查结果

44批样品中，共检出TAMC 2批，检出率为4.5%，检出TYMC 3批，检出率为6.8%。检出样品的aw数据见表4。3批样品均属于中药胶囊，检出的TAMC、TYMC均小于《中华人民共和国药典》2015年版四部1107限度标准。aw范围为0.467～0.570，低于绝大多数微生物生长所需aw，受微生物污染的风险很小。分析原因，产品中的微生物可能是原辅料携带于制剂中，或生产环境中产生的微生物污染。

表4 水活度测定结果

3 讨论

通过检测分析获得了11种胶囊制剂的aw分布现状，为“水分活度测定在非无菌制剂中的应用”提供了数据支持。110批胶囊剂aw范围为0.296～0.789，与美国药典USP标准中同类制剂药品aw（0.30）[11]数值存在一定的差异，可能与原辅料、生产工艺及产品包装不同有关。胶囊剂系指将药物与辅料充填于硬质空心胶囊或密封于具有弹性的软质囊材中制成的固体制剂，本研究的样品均为硬胶囊制剂。胶囊剂在制备过程中需要对药物进行干燥处理，以减少水分，因此胶囊剂aw较低。此外，药物辅料可加入蔗糖、乳糖、硬脂酸镁、滑石粉等，部分辅料能降低制剂的aw。

本研究中硬胶囊剂aw均低于0.79，其中仅有2批蚓激酶肠溶胶囊（生物制剂）的aw略高于0.75（分别为0.789、0.783），其余样品aw均在0.75以下。调查显示各类胶囊剂aw均高于USP收载，药品制剂aw受原辅料、生产工艺的影响较大，aw的普遍偏高反映当前国内制药工业对aw的研究不足，在利用aw对药品进行质量控制尚有待开发。

本研究的样品有10批化学胶囊，10批生物药品胶囊，40批抗生素胶囊，50批中药胶囊。检测结果为中药胶囊平均aw＜抗生素胶囊平均aw＜化学药品胶囊平均aw＜生物药品胶囊平均aw。由于微生物生长所需的最低aw不同，结合美国药典根据药品制剂的aw制订微生物控制策略，建议药品制剂aw≥0.90，进行TAMC、TYMC以及该剂型规定的控制菌和其他具有潜在危害的微生物测试；0.90＞aw≥ 0.85，进行 TAMC、TYMC 和金黄色葡萄球菌测试；0.85＞aw≥0.60，进行TAMC、TYMC测试；药品制剂aw＜0.60，可结合风险评估，逐步研究减少测试的控制方案[12]。目前在《中华人民共和国药典》2020年版中，要求“以动物、植物、矿物质来源的非单体成分制成的胶囊剂，生物制品胶囊剂”需要进行微生物限度检查。本研究对胶囊制剂aw研究发现，中药胶囊制剂平均aw＜0.60，且50批样品中只有一批样品aw＞0.60（0.641），提示中药胶囊微生物增殖风险较低，建议减少测试频次。按《中华人民共和国药典》2020年版规定，蚓激酶肠溶胶囊微生物限度检查指标为：TAMC、TYMC和大肠埃希菌。蚓激酶肠溶胶囊平均aw为0.723，10批样品aw均＜0.79，建议减少大肠埃希菌的测试频次。抗生素和化药胶囊的平均aw高于中药胶囊制剂，不同品种aw略有差异，且不同生产厂家的产品aw也存在不同程度的差异，可能是由于处方、工艺、包装的差异导致。抗生素和化学制剂胶囊aw均＜0.75，可以较大程度地限制微生物的增殖。《中华人民共和国药典》2015年版不考察抗生素和化学制剂胶囊的微生物限度。

本研究挑选25批中药胶囊、10批化药胶囊和9批生物药品胶囊进行微生物限度检查，3批中药胶囊有微生物生长，但均符合《中华人民共和国药典》2015年版规定。检出样品的aw在0.467～0.570，低于微生物生长需求，不支持孢子萌发和微生物生长。推断产品可能残存从原辅料或生产过程中保留下来的微生物，而药品制剂的初始生物负载与aw无关[13]，因此应用aw进行胶囊剂微生物控制需要关注对原料及生产过程质控，避免引入污染。

本研究选择了11种常见胶囊剂进行aw研究，品种覆盖面不够广。不同种类胶囊剂由于原料、辅料、处方、生产工艺、包装各不同，在水分吸附及解吸附方面可能存在差异，因此，通过aw测定值指导胶囊剂的微生物控制策略的制订时，需要具体品种具体分析，通过分别测定各品种的aw，制订有针对性、科学合理的控制策略。

建立胶囊剂的具体品种的微生物控制方案时，除应满足《中华人民共和国药典》等相关规定，还可以从aw、原辅料、水、生产环境、生产过程的微生物污染历史数据等，逐步积累数据，建立更有针对性的科学的微生物控制方案。对于低aw胶囊剂，强调其微生物源头控制，可结合生产车间已建立的低微生物负载的历史测试数据，建立合理的微生物控制程序，减少日常微生物限度检测频次。高aw的胶囊制剂可以通过优化处方、提高生产工艺等来降低aw，减少微生物污染风险，对难以降低aw的品种，其微生物限度检测频次和具体指标则应进行严格控制[14-15]。

我国于2017年正式加入国际人用药品标准协调组织（ICH），这标志着中国的药品将逐步转化和实施国际科学技术标准。在新形势下，我国药品的微生物控制需要向国外先进经验看齐，以提高我国制药行业的创新能力和国际竞争力[16]。《中华人民共和国药典》2020年版借鉴了国外药典的先进技术和经验，进行了较大修订，但在非无菌制剂微生物控制方面还不完善，与美国药典USP存在差距。本研究通过调查胶囊剂的aw分布，评估其潜在微生物污染风险，提出胶囊剂微生物控制策略，为制订“水分活度测定在非无菌制剂中的应用指导原则”提供了坚实的数据支撑。