膠囊劑藥品水分活度分布規(guī)律及對微生物控制應用

易 巧 劉衛(wèi)德 儲梅君 章 紅

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

水分在物質(zhì)表面的吸附作用是可逆的。與物質(zhì)表面直接結(jié)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(jié)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(zhì)中的自由水[1]。水活度的范圍從純凈水的1.00至極干物質(zhì)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(shù)期縮短，穩(wěn)定期的微生物總數(shù)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(shù)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(chǎn)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(chǎn)品受霉菌和酵母的污染概率更大。如果aw在0.77以下，產(chǎn)品受微生物污染的風險變小，可以減少常規(guī)的微生物檢測[4]。藥品aw檢測對于預測產(chǎn)品的潛在污染微生物類型、保持化學穩(wěn)定性、評估物理性質(zhì)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(jiān)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(jù)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(nèi)膠囊制劑aw大小，為膠囊劑藥物的微生物風險控制提供數(shù)據(jù)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(zhì)檢通過。用標準液校準儀器后，將樣品置于aw測量杯內(nèi)，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(chǎn)品微生物限度檢查：微生物計數(shù)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(jié)果

2.1 aw測定結(jié)果

本研究對11個品種的110批膠囊劑的aw檢測結(jié)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(shù)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(tǒng)計結(jié)果直方圖

根據(jù)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(jié)果

2.2 微生物限度檢測結(jié)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(shù)（TAMC）、霉菌和酵母菌總數(shù)（TYMC）和大腸埃希菌。其中，大腸埃希菌均未檢出，TAMC、TYMC結(jié)果見表3。

表3 膠囊劑TAMC、TYMC檢查結(jié)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(shù)據(jù)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(shù)微生物生長所需aw，受微生物污染的風險很小。分析原因，產(chǎn)品中的微生物可能是原輔料攜帶于制劑中，或生產(chǎn)環(huán)境中產(chǎn)生的微生物污染。

表4 水活度測定結(jié)果

3 討論

通過檢測分析獲得了11種膠囊制劑的aw分布現(xiàn)狀，為“水分活度測定在非無菌制劑中的應用”提供了數(shù)據(jù)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(shù)值存在一定的差異，可能與原輔料、生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品包裝不同有關。膠囊劑系指將藥物與輔料充填于硬質(zhì)空心膠囊或密封于具有彈性的軟質(zhì)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(diào)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(chǎn)工藝的影響較大，aw的普遍偏高反映當前國內(nèi)制藥工業(yè)對aw的研究不足，在利用aw對藥品進行質(zhì)量控制尚有待開發(fā)。

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(jié)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(jié)合美國藥典根據(jù)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(guī)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(jié)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(zhì)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(fā)現(xiàn)，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(guī)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。抗生素和化藥膠囊的平均aw高于中藥膠囊制劑，不同品種aw略有差異，且不同生產(chǎn)廠家的產(chǎn)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(guī)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(fā)和微生物生長。推斷產(chǎn)品可能殘存從原輔料或生產(chǎn)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(chǎn)過程質(zhì)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(chǎn)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(guī)定，還可以從aw、原輔料、水、生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)過程的微生物污染歷史數(shù)據(jù)等，逐步積累數(shù)據(jù)，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(diào)其微生物源頭控制，可結(jié)合生產(chǎn)車間已建立的低微生物負載的歷史測試數(shù)據(jù)，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(yōu)化處方、提高生產(chǎn)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(xié)調(diào)組織（ICH），這標志著中國的藥品將逐步轉(zhuǎn)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(jīng)驗看齊，以提高我國制藥行業(yè)的創(chuàng)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(jīng)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(diào)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(shù)據(jù)支撐。