膠囊劑藥品水分活度分布規律及對微生物控制應用

易 巧 劉衛德 儲梅君 章 紅

江西省藥品檢驗檢測研究院 國家藥品監督管理局中成藥質量評價重點實驗室江西省藥品與醫療器械質量工程技術研究中心，江西南昌 330029

水分在物質表面的吸附作用是可逆的。與物質表面直接結合的單分子層最緊密，不容易被微生物利用。當物體表面形成多層水分子結構，外層的吸附水自由度較大，較易重新解析為自由水，可直接被微生物利用。水分活度（aw）即物質中的自由水[1]。水活度的范圍從純凈水的1.00至極干物質的0.00[2]，能影響微生物的生長。如果水活度低于微生物的最低需求，微生物生長的遲緩期會延長，對數期縮短，穩定期的微生物總數下降直到不再生長[3]。

各種微生物對aw的生長需求不同。一般細菌所需最低aw較高，除常見的金黃色葡萄球菌（需氧）為0.87外，大多數細菌所需最低aw＞0.90。霉菌所需最低aw在0.75～0.85。這意味著，如果產品的aw在0.90以上，就有被細菌、霉菌和酵母污染的風險[3-5]。如果aw在0.77～0.90，產品受霉菌和酵母的污染概率更大。如果aw在0.77以下，產品受微生物污染的風險變小，可以減少常規的微生物檢測[4]。藥品aw檢測對于預測產品的潛在污染微生物類型、保持化學穩定性、評估物理性質至關重要[6]。通過控制藥品aw可以降低微生物污染的風險，還可以用于為不同劑型藥品設置更加科學合理的微生物標準[5]。美國藥典USP＜1112＞將aw應用于非無菌藥品的監測上[7]，日本藥局方（JP17）也利用aw值設置不同非無菌制劑的微生物限度標準[8]。

美國藥典不同藥品aw應用中，分別對鼻吸入劑、頭部外用洗劑、解酸劑及口服液等制劑進行分析[7，9]，根據制劑aw情況，推測出其潛在微生物污染，從而推薦檢測項目。我國最新出版的《中華人民共和國藥典》2020年版[10]未涉及aw。本研究擬針對11個品種的膠囊劑aw展開研究，檢測國內膠囊制劑aw大小，為膠囊劑藥物的微生物風險控制提供數據支持。

1 儀器與試藥

1.1 儀器

Aqualab 4T水分活度儀（美國Decagon公司）；SW-CJ-2FD凈化工作臺（蘇州安泰空氣技術有限公司）。

1.2 試藥

阿莫西林膠囊、穿王消炎膠囊、諾氟沙星膠囊、頭孢氨芐膠囊、頭孢拉定膠囊、女金膠囊、宮炎平膠囊、金水寶膠囊、鹽酸雷尼替丁膠囊、蚓激酶腸溶膠囊、裸花紫珠膠囊各10批，分別來自37家藥企，均為江西省抽驗樣品。

1.3 方法

1.3.1 aw測定方法 打開水活度儀，等待質檢通過。用標準液校準儀器后，將樣品置于aw測量杯內，將測量杯置于儀器中，點擊“開始”后，儀器自動進行檢測，記錄儀器顯示的檢測值，每一個樣品平行檢測3次，計算平均值，得到該樣品aw值。

1.3.2 微生物檢測 按照《中華人民共和國藥典》2015版四部[11]非無菌產品微生物限度檢查：微生物計數法（通則1105）、控制菌檢查法（通則1106）對部分樣品進行檢測。具體樣品信息見表1。

表1 微生物檢測的膠囊劑樣品信息

2 結果

2.1 aw測定結果

本研究對11個品種的110批膠囊劑的aw檢測結果見圖1。膠囊劑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的樣品數分別占總量的6.25%、27.68%、27.68%、28.57%和8.93%。

圖1 膠囊劑平均aw統計結果直方圖

根據膠囊劑成分，可將樣品分為四類：第Ⅰ類為抗生素膠囊，樣品涉及4個品種，每品種10批共40批，檢測其aw分布于0.424～0.670；第Ⅱ類為中藥膠囊，樣品涵蓋5個品種共50批，aw分布于0.296～0.641；第Ⅲ、Ⅳ類分別為化藥膠囊和生物藥品膠囊，各1個品種，每品種10批，aw分布于0.568～0.713、0.637～ 0.789。見表2。

表2 膠囊劑aw測定結果

2.2 微生物限度檢測結果

對5個品種共44批膠囊劑進行微生物限度檢驗，檢驗指標為需氧菌總數（TAMC）、霉菌和酵母菌總數（TYMC）和大腸埃希菌。其中，大腸埃希菌均未檢出，TAMC、TYMC結果見表3。

表3 膠囊劑TAMC、TYMC檢查結果

44批樣品中，共檢出TAMC 2批，檢出率為4.5%，檢出TYMC 3批，檢出率為6.8%。檢出樣品的aw數據見表4。3批樣品均屬于中藥膠囊，檢出的TAMC、TYMC均小于《中華人民共和國藥典》2015年版四部1107限度標準。aw范圍為0.467～0.570，低于絕大多數微生物生長所需aw，受微生物污染的風險很小。分析原因，產品中的微生物可能是原輔料攜帶于制劑中，或生產環境中產生的微生物污染。

表4 水活度測定結果

3 討論

通過檢測分析獲得了11種膠囊制劑的aw分布現狀，為“水分活度測定在非無菌制劑中的應用”提供了數據支持。110批膠囊劑aw范圍為0.296～0.789，與美國藥典USP標準中同類制劑藥品aw（0.30）[11]數值存在一定的差異，可能與原輔料、生產工藝及產品包裝不同有關。膠囊劑系指將藥物與輔料充填于硬質空心膠囊或密封于具有彈性的軟質囊材中制成的固體制劑，本研究的樣品均為硬膠囊制劑。膠囊劑在制備過程中需要對藥物進行干燥處理，以減少水分，因此膠囊劑aw較低。此外，藥物輔料可加入蔗糖、乳糖、硬脂酸鎂、滑石粉等，部分輔料能降低制劑的aw。

本研究中硬膠囊劑aw均低于0.79，其中僅有2批蚓激酶腸溶膠囊（生物制劑）的aw略高于0.75（分別為0.789、0.783），其余樣品aw均在0.75以下。調查顯示各類膠囊劑aw均高于USP收載，藥品制劑aw受原輔料、生產工藝的影響較大，aw的普遍偏高反映當前國內制藥工業對aw的研究不足，在利用aw對藥品進行質量控制尚有待開發。

本研究的樣品有10批化學膠囊，10批生物藥品膠囊，40批抗生素膠囊，50批中藥膠囊。檢測結果為中藥膠囊平均aw＜抗生素膠囊平均aw＜化學藥品膠囊平均aw＜生物藥品膠囊平均aw。由于微生物生長所需的最低aw不同，結合美國藥典根據藥品制劑的aw制訂微生物控制策略，建議藥品制劑aw≥0.90，進行TAMC、TYMC以及該劑型規定的控制菌和其他具有潛在危害的微生物測試；0.90＞aw≥ 0.85，進行 TAMC、TYMC 和金黃色葡萄球菌測試；0.85＞aw≥0.60，進行TAMC、TYMC測試；藥品制劑aw＜0.60，可結合風險評估，逐步研究減少測試的控制方案[12]。目前在《中華人民共和國藥典》2020年版中，要求“以動物、植物、礦物質來源的非單體成分制成的膠囊劑，生物制品膠囊劑”需要進行微生物限度檢查。本研究對膠囊制劑aw研究發現，中藥膠囊制劑平均aw＜0.60，且50批樣品中只有一批樣品aw＞0.60（0.641），提示中藥膠囊微生物增殖風險較低，建議減少測試頻次。按《中華人民共和國藥典》2020年版規定，蚓激酶腸溶膠囊微生物限度檢查指標為：TAMC、TYMC和大腸埃希菌。蚓激酶腸溶膠囊平均aw為0.723，10批樣品aw均＜0.79，建議減少大腸埃希菌的測試頻次?？股睾突幠z囊的平均aw高于中藥膠囊制劑，不同品種aw略有差異，且不同生產廠家的產品aw也存在不同程度的差異，可能是由于處方、工藝、包裝的差異導致?？股睾突瘜W制劑膠囊aw均＜0.75，可以較大程度地限制微生物的增殖?！吨腥A人民共和國藥典》2015年版不考察抗生素和化學制劑膠囊的微生物限度。

本研究挑選25批中藥膠囊、10批化藥膠囊和9批生物藥品膠囊進行微生物限度檢查，3批中藥膠囊有微生物生長，但均符合《中華人民共和國藥典》2015年版規定。檢出樣品的aw在0.467～0.570，低于微生物生長需求，不支持孢子萌發和微生物生長。推斷產品可能殘存從原輔料或生產過程中保留下來的微生物，而藥品制劑的初始生物負載與aw無關[13]，因此應用aw進行膠囊劑微生物控制需要關注對原料及生產過程質控，避免引入污染。

本研究選擇了11種常見膠囊劑進行aw研究，品種覆蓋面不夠廣。不同種類膠囊劑由于原料、輔料、處方、生產工藝、包裝各不同，在水分吸附及解吸附方面可能存在差異，因此，通過aw測定值指導膠囊劑的微生物控制策略的制訂時，需要具體品種具體分析，通過分別測定各品種的aw，制訂有針對性、科學合理的控制策略。

建立膠囊劑的具體品種的微生物控制方案時，除應滿足《中華人民共和國藥典》等相關規定，還可以從aw、原輔料、水、生產環境、生產過程的微生物污染歷史數據等，逐步積累數據，建立更有針對性的科學的微生物控制方案。對于低aw膠囊劑，強調其微生物源頭控制，可結合生產車間已建立的低微生物負載的歷史測試數據，建立合理的微生物控制程序，減少日常微生物限度檢測頻次。高aw的膠囊制劑可以通過優化處方、提高生產工藝等來降低aw，減少微生物污染風險，對難以降低aw的品種，其微生物限度檢測頻次和具體指標則應進行嚴格控制[14-15]。

我國于2017年正式加入國際人用藥品標準協調組織（ICH），這標志著中國的藥品將逐步轉化和實施國際科學技術標準。在新形勢下，我國藥品的微生物控制需要向國外先進經驗看齊，以提高我國制藥行業的創新能力和國際競爭力[16]?！吨腥A人民共和國藥典》2020年版借鑒了國外藥典的先進技術和經驗，進行了較大修訂，但在非無菌制劑微生物控制方面還不完善，與美國藥典USP存在差距。本研究通過調查膠囊劑的aw分布，評估其潛在微生物污染風險，提出膠囊劑微生物控制策略，為制訂“水分活度測定在非無菌制劑中的應用指導原則”提供了堅實的數據支撐。