轉(zhuǎn)自：藥事縱橫
1. 水活度定義：水的能量狀態(tài)
水活度(water activity, Aw)是對系統(tǒng)中水的能量狀態(tài)量度。遵循一下熱力學(xué)原理。
較高的水活度意味著更多的能量，水可以做更多的工作，如微生物生長，水分遷移，或化學(xué)和物理反應(yīng)。
水活度的差異將決定水分如何移動(根據(jù)能量，而不是濃度)。
高水活度的水比低水活度的水具有更多的能量。
水將遷移到較低的水活度狀態(tài)以變得更加穩(wěn)定。
2. 相關(guān)指導(dǎo)原則法規(guī)
USP 率先將水分活度應(yīng)用于制藥領(lǐng)域的微生物控制，代表了非無菌制劑的微生物控制由微生物限度測試逐漸向微生物風(fēng)險評估下的參數(shù)放行轉(zhuǎn)變的發(fā)展趨勢，其理念更為科學(xué)合理，控制方法更為簡便靈活。目前相關(guān)指導(dǎo)原則有USP<922>和USP<1112>。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。
3.?水活度和水分含量的關(guān)系
水含量本身并不是決定食品安全或預(yù)測產(chǎn)品保質(zhì)期的足夠信息。水分含量和水活度之間的關(guān)系是復(fù)雜的，并與食物的相對濕度和水分含量有關(guān)。
我們通常會誤認(rèn)為含水量較高的食物比水分含量低的食物具有更高的水活性。這并不一定是正確的。有含水量相同但水活度相差很大的產(chǎn)品。例如，水量約為60%意大利臘腸和煮牛肉中臘腸的水活性為0.82，而煮牛肉的水活性約為0.98。
水活度和水含量之間的關(guān)系稱為水分吸附等溫線，它可以用來確定臨界水活度。由于不同含水量下的水和固體組分之間存在不同的相互作用(分子作用、毛細(xì)作用和表面作用)，每種產(chǎn)品都有其獨特的等溫線。
在臨界水活度處，吸濕性能發(fā)生物理變化，可以吸收更多的水分。臨界水活度是由曲線斜率的變化決定的。當(dāng)斜率發(fā)生變化時，產(chǎn)品的質(zhì)地會發(fā)生變化或發(fā)生其他類型的反應(yīng)。
你可以通過比較不同配方之間的等溫線來確定配方的效果。例如，您可以對混合干成分進行建模，以預(yù)測混合兩種新成分的水分活度。你可以在不同的溫度下測試等溫線，并預(yù)測效果。等溫線對于預(yù)測貨架壽命也很重要。
4.??微生物與水活度的關(guān)系
長期以來，水分含量是反映藥品質(zhì)量安全和穩(wěn)定的一個重要參數(shù)。然而，用于控制微生物導(dǎo)致的變質(zhì)，水活度是比水分含量更重要的一個參數(shù)，它是產(chǎn)品中微生物可利用水的量度，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。
1953 年William James Scott 發(fā)現(xiàn)微生物生長受水活度影響，并于1957年提出了微生物生長所需的最低的水分活度限值。目前水活度已作為預(yù)測微生物生長，反映產(chǎn)品穩(wěn)定性和安全性的重要參數(shù)。
微生物當(dāng)其周圍的水活度低于其內(nèi)部時，細(xì)胞內(nèi)外不等滲，細(xì)胞內(nèi)的水就會流出來，當(dāng)它流出來的時候，細(xì)胞就會失去膨脹壓力。細(xì)胞將試圖通過改變其代謝過程來適應(yīng)，以減少其內(nèi)部的水活度。如果它能適應(yīng)環(huán)境，就會有足夠的水或能量來生長和繁殖。但如果它不能與環(huán)境相匹配呢，細(xì)胞沒有足夠的能量進行生長和繁殖，它將進入休眠狀態(tài)。
降低水活度將會導(dǎo)致微生物生長停滯期的延長，代謝活性、長繁殖速率和細(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。
5.??USP<1112>水活度限度表及舉例說明
表1. 在25 ℃時一系列與制藥相關(guān)的代表性微生物生長所需的最低水分活度。
沙門菌的水活度限值為0.95。這意味著，如果一種產(chǎn)品的水活度為0.95，其他條件如pH值、溫度、營養(yǎng)物質(zhì)非常理想，并且沒有競爭物種，沙門氏菌也無法生長。但如果水活度為高于0.95，即使其他條件對微生物的生長并不太理想，沙門氏菌也是可以生長的。換句話說，不管細(xì)菌在什么基質(zhì)中，餅干，粉末，或者寵物食品，如果這些細(xì)菌存在，基質(zhì)水活度高于細(xì)菌最低限度，細(xì)菌都會生長。這些aw 數(shù)據(jù)已被科學(xué)文獻確認(rèn)和證明，且適用于原料、輔料和成品
革蘭陰性菌水活度限度一般在0.91~1.00范圍。
革蘭陰性菌，如銅綠假單胞菌、大腸埃希菌和沙門氏菌在aw<0.91 的產(chǎn)品中不會增殖，革蘭陽性菌，如金黃色葡萄球菌在aw<0.86時不會增殖，黑曲霉在aw<0.77 時不會增殖。
最耐高滲的酵母菌和耐旱真菌在aw<0.60 時不會增殖。
6. 測定水分活度的意義
微生物生長有最低水活度要求，低于此限度的微生物將不能生長。因此，通過設(shè)計和控制藥品水活度可準(zhǔn)確的評估藥品的安全性和穩(wěn)定性。
如果GMP 生產(chǎn)的藥品水活度較低（aw<0.60），可以判定沒有或幾乎沒有微生物增殖風(fēng)險，因此無需全面的微生物限度檢查。非水性液體制劑或固體藥劑由于其低水分活度，其微生物檢測頻率可由產(chǎn)品的歷史測試數(shù)據(jù)以及原料、水、生產(chǎn)過程的微生物污染監(jiān)測數(shù)據(jù)制定。因此采用水活度測定進行微生物監(jiān)控，對于節(jié)約成本，效率提高，提升產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。
7.?水分活度（Water Activity, aw)測定方法
水活度（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。
水活度是物理化學(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。
水活度儀擴散法就是把被測樣品置于密閉的空間內(nèi)，在保持恒溫的條件下，使樣品與周圍空氣的蒸汽壓達到動態(tài)平衡，這時就可以以氣體空間的水蒸汽壓作為樣品蒸汽壓的數(shù)值（P），同時，在一定溫度下純水的飽和蒸汽壓（Po）是一定的，從而計算出被測樣品的水活度。
目前水分活度儀主要的測試方法有：電子濕度計法（電容或電阻傳感器法）、冷卻鏡面露點法。
電子濕度計法（已有商業(yè)化儀器）
此方法是利用電阻或電容傳感器來測量相對濕度。傳感器通過電容或電阻的變化，并轉(zhuǎn)化為濕度信號。每次使用前傳感器必須用標(biāo)準(zhǔn)鹽溶液進行校準(zhǔn)，水分進入后需要在傳感器里充分平衡，此過程一般需要15分鐘到60分鐘。以下是USP中此方法的計算公式。
鏡面冷凝露點法（已有商業(yè)化儀器）
因為水的飽和蒸汽壓在露點溫度等于測量溫度下空氣的水蒸氣壓，因此露點溫度可以用來確定水的蒸汽壓。此方法是經(jīng)AOAC國際認(rèn)證的首要的測量水分活度的方法，也是美國USP和FDA推薦方法，能在5分鐘內(nèi)完成水活度測定。以下是USP中此方法的計算公式。
濕球溫度
用濕紗布包扎普通溫度計的感溫部分，紗布下端浸在水中，以維持感溫部位空氣濕度達到飽和，在紗布周圍保持一定的空氣流通，使周圍空氣接近達到等焓。示數(shù)達到穩(wěn)定后，此時溫度計顯示的讀數(shù)近似認(rèn)為濕球溫度。以下是USP中此方法的計算公式。
光學(xué)吸收法
光學(xué)吸收法通過水蒸氣對紫外線或紅外光的衰減來測量水蒸氣壓力。樣品的吸光度與蒸汽壓之間的關(guān)系由-朗伯比爾公式表示。以下是USP中此方法的計算公式。
參考文獻：
1、 USP<922>
2、 USP<1112>
3、 《如何準(zhǔn)確測量水分活度值？》