膠囊劑藥品水分活度分布規(guī)律及對(duì)微生物控制應(yīng)用

易 巧 劉衛(wèi)德 儲(chǔ)梅君 章 紅

江西省藥品檢驗(yàn)檢測(cè)研究院 國(guó)家藥品監(jiān)督管理局中成藥質(zhì)量評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室江西省藥品與醫(yī)療器械質(zhì)量工程技術(shù)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(dāng)物體表面形成多層水分子結(jié)構(gòu)，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(zhǎng)。如果水活度低于微生物的最低需求，微生物生長(zhǎng)的遲緩期會(huì)延長(zhǎng)，對(duì)數(shù)期縮短，穩(wěn)定期的微生物總數(shù)下降直到不再生長(zhǎng)[3]。

各種微生物對(duì)aw的生長(zhǎng)需求不同。一般細(xì)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(xì)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(xì)菌、霉菌和酵母污染的風(fēng)險(xiǎn)[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(fēng)險(xiǎn)變小，可以減少常規(guī)的微生物檢測(cè)[4]。藥品aw檢測(cè)對(duì)于預(yù)測(cè)產(chǎn)品的潛在污染微生物類型、保持化學(xué)穩(wěn)定性、評(píng)估物理性質(zhì)至關(guān)重要[6]。通過(guò)控制藥品aw可以降低微生物污染的風(fēng)險(xiǎn)，還可以用于為不同劑型藥品設(shè)置更加科學(xué)合理的微生物標(biāo)準(zhǔn)[5]。美國(guó)藥典USP＜1112＞將aw應(yīng)用于非無(wú)菌藥品的監(jiān)測(cè)上[7]，日本藥局方（JP17）也利用aw值設(shè)置不同非無(wú)菌制劑的微生物限度標(biāo)準(zhǔn)[8]。

美國(guó)藥典不同藥品aw應(yīng)用中，分別對(duì)鼻吸入劑、頭部外用洗劑、解酸劑及口服液等制劑進(jìn)行分析[7，9]，根據(jù)制劑aw情況，推測(cè)出其潛在微生物污染，從而推薦檢測(cè)項(xiàng)目。我國(guó)最新出版的《中華人民共和國(guó)藥典》2020年版[10]未涉及aw。本研究擬針對(duì)11個(gè)品種的膠囊劑aw展開研究，檢測(cè)國(guó)內(nèi)膠囊制劑aw大小，為膠囊劑藥物的微生物風(fēng)險(xiǎn)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(guó)Decagon公司）；SW-CJ-2FD凈化工作臺(tái)（蘇州安泰空氣技術(shù)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(lái)自37家藥企，均為江西省抽驗(yàn)樣品。

1.3 方法

1.3.1 aw測(cè)定方法 打開水活度儀，等待質(zhì)檢通過(guò)。用標(biāo)準(zhǔn)液校準(zhǔn)儀器后，將樣品置于aw測(cè)量杯內(nèi)，將測(cè)量杯置于儀器中，點(diǎn)擊“開始”后，儀器自動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)，記錄儀器顯示的檢測(cè)值，每一個(gè)樣品平行檢測(cè)3次，計(jì)算平均值，得到該樣品aw值。

1.3.2 微生物檢測(cè) 按照《中華人民共和國(guó)藥典》2015版四部[11]非無(wú)菌產(chǎn)品微生物限度檢查：微生物計(jì)數(shù)法（通則1105）、控制菌檢查法（通則1106）對(duì)部分樣品進(jìn)行檢測(cè)。具體樣品信息見表1。

表1 微生物檢測(cè)的膠囊劑樣品信息

2 結(jié)果

2.1 aw測(cè)定結(jié)果

本研究對(duì)11個(gè)品種的110批膠囊劑的aw檢測(cè)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(jì)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(gè)品種，每品種10批共40批，檢測(cè)其aw分布于0.424～0.670；第Ⅱ類為中藥膠囊，樣品涵蓋5個(gè)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(gè)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(cè)定結(jié)果

2.2 微生物限度檢測(cè)結(jié)果

對(duì)5個(gè)品種共44批膠囊劑進(jìn)行微生物限度檢驗(yàn)，檢驗(yàn)指標(biāo)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(guó)藥典》2015年版四部1107限度標(biāo)準(zhǔn)。aw范圍為0.467～0.570，低于絕大多數(shù)微生物生長(zhǎng)所需aw，受微生物污染的風(fēng)險(xiǎn)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(cè)定結(jié)果

3 討論

通過(guò)檢測(cè)分析獲得了11種膠囊制劑的aw分布現(xiàn)狀，為“水分活度測(cè)定在非無(wú)菌制劑中的應(yīng)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(guó)藥典USP標(biāo)準(zhǔn)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(guān)。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(guò)程中需要對(duì)藥物進(jìn)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(dāng)前國(guó)內(nèi)制藥工業(yè)對(duì)aw的研究不足，在利用aw對(duì)藥品進(jìn)行質(zhì)量控制尚有待開發(fā)。

本研究的樣品有10批化學(xué)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(cè)結(jié)果為中藥膠囊平均aw＜抗生素膠囊平均aw＜化學(xué)藥品膠囊平均aw＜生物藥品膠囊平均aw。由于微生物生長(zhǎng)所需的最低aw不同，結(jié)合美國(guó)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(jìn)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(cè)試；0.90＞aw≥ 0.85，進(jìn)行 TAMC、TYMC 和金黃色葡萄球菌測(cè)試；0.85＞aw≥0.60，進(jìn)行TAMC、TYMC測(cè)試；藥品制劑aw＜0.60，可結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，逐步研究減少測(cè)試的控制方案[12]。目前在《中華人民共和國(guó)藥典》2020年版中，要求“以動(dòng)物、植物、礦物質(zhì)來(lái)源的非單體成分制成的膠囊劑，生物制品膠囊劑”需要進(jìn)行微生物限度檢查。本研究對(duì)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(fēng)險(xiǎn)較低，建議減少測(cè)試頻次。按《中華人民共和國(guó)藥典》2020年版規(guī)定，蚓激酶腸溶膠囊微生物限度檢查指標(biāo)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(cè)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(dǎo)致。抗生素和化學(xué)制劑膠囊aw均＜0.75，可以較大程度地限制微生物的增殖。《中華人民共和國(guó)藥典》2015年版不考察抗生素和化學(xué)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(jìn)行微生物限度檢查，3批中藥膠囊有微生物生長(zhǎng)，但均符合《中華人民共和國(guó)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(zhǎng)需求，不支持孢子萌發(fā)和微生物生長(zhǎng)。推斷產(chǎn)品可能殘存從原輔料或生產(chǎn)過(guò)程中保留下來(lái)的微生物，而藥品制劑的初始生物負(fù)載與aw無(wú)關(guān)[13]，因此應(yīng)用aw進(jìn)行膠囊劑微生物控制需要關(guān)注對(duì)原料及生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)控，避免引入污染。

本研究選擇了11種常見膠囊劑進(jìn)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(guò)aw測(cè)定值指導(dǎo)膠囊劑的微生物控制策略的制訂時(shí)，需要具體品種具體分析，通過(guò)分別測(cè)定各品種的aw，制訂有針對(duì)性、科學(xué)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(shí)，除應(yīng)滿足《中華人民共和國(guó)藥典》等相關(guān)規(guī)定，還可以從aw、原輔料、水、生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)過(guò)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(duì)性的科學(xué)的微生物控制方案。對(duì)于低aw膠囊劑，強(qiáng)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(fù)載的歷史測(cè)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(cè)頻次。高aw的膠囊制劑可以通過(guò)優(yōu)化處方、提高生產(chǎn)工藝等來(lái)降低aw，減少微生物污染風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)難以降低aw的品種，其微生物限度檢測(cè)頻次和具體指標(biāo)則應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格控制[14-15]。

我國(guó)于2017年正式加入國(guó)際人用藥品標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)組織（ICH），這標(biāo)志著中國(guó)的藥品將逐步轉(zhuǎn)化和實(shí)施國(guó)際科學(xué)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在新形勢(shì)下，我國(guó)藥品的微生物控制需要向國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)看齊，以提高我國(guó)制藥行業(yè)的創(chuàng)新能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力[16]。《中華人民共和國(guó)藥典》2020年版借鑒了國(guó)外藥典的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行了較大修訂，但在非無(wú)菌制劑微生物控制方面還不完善，與美國(guó)藥典USP存在差距。本研究通過(guò)調(diào)查膠囊劑的aw分布，評(píng)估其潛在微生物污染風(fēng)險(xiǎn)，提出膠囊劑微生物控制策略，為制訂“水分活度測(cè)定在非無(wú)菌制劑中的應(yīng)用指導(dǎo)原則”提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。