转自：药事纵横
1. 水活度定义：水的能量状态
水活度(water activity, Aw)是对系统中水的能量状态量度。遵循一下热力学原理。
较高的水活度意味着更多的能量，水可以做更多的工作，如微生物生长，水分迁移，或化学和物理反应。
水活度的差异将决定水分如何移动(根据能量，而不是浓度)。
高水活度的水比低水活度的水具有更多的能量。
水将迁移到较低的水活度状态以变得更加稳定。
2. 相关指导原则法规
USP 率先将水分活度应用于制药领域的微生物控制，代表了非无菌制剂的微生物控制由微生物限度测试逐渐向微生物风险评估下的参数放行转变的发展趋势，其理念更为科学合理，控制方法更为简便灵活。目前相关指导原则有USP<922>和USP<1112>。USP<1112水分活度测定在非无菌制剂中的应用于2006年发布，用以指导水分活度在非无菌制剂微生物控制中的应用，包括一系列微生物生长需要的水分活度数据和基于产品水分活度的微生物限度检查建议，推荐水分活度的测量方法等内容。
3. 水活度和水分含量的关系
水含量本身并不是决定食品安全或预测产品保质期的足够信息。水分含量和水活度之间的关系是复杂的，并与食物的相对湿度和水分含量有关。
我们通常会误认为含水量较高的食物比水分含量低的食物具有更高的水活性。这并不一定是正确的。有含水量相同但水活度相差很大的产品。例如，水量约为60%意大利腊肠和煮牛肉中腊肠的水活性为0.82，而煮牛肉的水活性约为0.98。
水活度和水含量之间的关系称为水分吸附等温线，它可以用来确定临界水活度。由于不同含水量下的水和固体组分之间存在不同的相互作用(分子作用、毛细作用和表面作用)，每种产品都有其独特的等温线。
在临界水活度处，吸湿性能发生物理变化，可以吸收更多的水分。临界水活度是由曲线斜率的变化决定的。当斜率发生变化时，产品的质地会发生变化或发生其他类型的反应。
你可以通过比较不同配方之间的等温线来确定配方的效果。例如，您可以对混合干成分进行建模，以预测混合两种新成分的水分活度。你可以在不同的温度下测试等温线，并预测效果。等温线对于预测货架寿命也很重要。
4. 微生物与水活度的关系
长期以来，水分含量是反映药品质量安全和稳定的一个重要参数。然而，用于控制微生物导致的变质，水活度是比水分含量更重要的一个参数，它是产品中微生物可利用水的量度，在微生物学中细菌、酵母菌和霉菌的新陈代谢、繁殖、孢子萌发和生存需要可利用水，水分活度是反映存在于产品中微生物新陈代谢的可利用水的量度。因此水分活度是预测产品中潜在微生物生长繁殖的有力工具。
1953 年William James Scott 发现微生物生长受水活度影响，并于1957年提出了微生物生长所需的最低的水分活度限值。目前水活度已作为预测微生物生长，反映产品稳定性和安全性的重要参数。
微生物当其周围的水活度低于其内部时，细胞内外不等渗，细胞内的水就会流出来，当它流出来的时候，细胞就会失去膨胀压力。细胞将试图通过改变其代谢过程来适应，以减少其内部的水活度。如果它能适应环境，就会有足够的水或能量来生长和繁殖。但如果它不能与环境相匹配呢，细胞没有足够的能量进行生长和繁殖，它将进入休眠状态。
降低水活度将会导致微生物生长停滞期的延长，代谢活性、长繁殖速率和细菌内生孢子和霉菌孢子活性的降低，产生毒素的减少，以及细菌孢子耐热性增加等。
5. USP<1112>水活度限度表及举例说明
表1. 在25 ℃时一系列与制药相关的代表性微生物生长所需的最低水分活度。
沙门菌的水活度限值为0.95。这意味着，如果一种产品的水活度为0.95，其他条件如pH值、温度、营养物质非常理想，并且没有竞争物种，沙门氏菌也无法生长。但如果水活度为高于0.95，即使其他条件对微生物的生长并不太理想，沙门氏菌也是可以生长的。换句话说，不管细菌在什么基质中，饼干，粉末，或者宠物食品，如果这些细菌存在，基质水活度高于细菌最低限度，细菌都会生长。这些aw 数据已被科学文献确认和证明，且适用于原料、辅料和成品
革兰阴性菌水活度限度一般在0.91~1.00范围。
革兰阴性菌，如铜绿假单胞菌、大肠埃希菌和沙门氏菌在aw<0.91 的产品中不会增殖，革兰阳性菌，如金黄色葡萄球菌在aw<0.86时不会增殖，黑曲霉在aw<0.77 时不会增殖。
最耐高渗的酵母菌和耐旱真菌在aw<0.60 时不会增殖。
6. 测定水分活度的意义
微生物生长有最低水活度要求，低于此限度的微生物将不能生长。因此，通过设计和控制药品水活度可准确的评估药品的安全性和稳定性。
如果GMP 生产的药品水活度较低（aw<0.60），可以判定没有或几乎没有微生物增殖风险，因此无需全面的微生物限度检查。非水性液体制剂或固体药剂由于其低水分活度，其微生物检测频率可由产品的历史测试数据以及原料、水、生产过程的微生物污染监测数据制定。因此采用水活度测定进行微生物监控，对于节约成本，效率提高，提升产品质量具有重要意义。
7. 水分活度（Water Activity, aw)测定方法
水活度（aw），是相同温度下产品水蒸气压（P）与纯水蒸气压（Po）的比值。
水活度是物理化学术语，反映产品中水的能量状态，表示水与产品成分之间结合的紧密程度，aw 值介于0~1。
水活度仪扩散法就是把被测样品置于密闭的空间内，在保持恒温的条件下，使样品与周围空气的蒸汽压达到动态平衡，这时就可以以气体空间的水蒸汽压作为样品蒸汽压的数值（P），同时，在一定温度下纯水的饱和蒸汽压（Po）是一定的，从而计算出被测样品的水活度。
目前水分活度仪主要的测试方法有：电子湿度计法（电容或电阻传感器法）、冷却镜面露点法。
电子湿度计法（已有商业化仪器）
此方法是利用电阻或电容传感器来测量相对湿度。传感器通过电容或电阻的变化，并转化为湿度信号。每次使用前传感器必须用标准盐溶液进行校准，水分进入后需要在传感器里充分平衡，此过程一般需要15分钟到60分钟。以下是USP中此方法的计算公式。
镜面冷凝露点法（已有商业化仪器）
因为水的饱和蒸汽压在露点温度等于测量温度下空气的水蒸气压，因此露点温度可以用来确定水的蒸汽压。此方法是经AOAC国际认证的首要的测量水分活度的方法，也是美国USP和FDA推荐方法，能在5分钟内完成水活度测定。以下是USP中此方法的计算公式。
湿球温度
用湿纱布包扎普通温度计的感温部分，纱布下端浸在水中，以维持感温部位空气湿度达到饱和，在纱布周围保持一定的空气流通，使周围空气接近达到等焓。示数达到稳定后，此时温度计显示的读数近似认为湿球温度。以下是USP中此方法的计算公式。
光学吸收法
光学吸收法通过水蒸气对紫外线或红外光的衰减来测量水蒸气压力。样品的吸光度与蒸汽压之间的关系由-朗伯比尔公式表示。以下是USP中此方法的计算公式。
参考文献：
1、 USP<922>
2、 USP<1112>
3、 《如何准确测量水分活度值？》