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，或化學和物理反應。
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. 相關指導原則法規(guī)
USP 率先將水分活度應用于制藥領域的微生物控制，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險評估下的參數(shù)放行轉變的發(fā)展趨勢，其理念更為科學合理，控制方法更為簡便靈活。目前相關指導原則有USP<922>和USP<1112>。USP<1112水分活度測定在非無菌制劑中的應用于2006年發(fā)布，用以指導水分活度在非無菌制劑微生物控制中的應用，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容。
3. 水活度和水分含量的關系
水含量本身并不是決定食品安全或預測產品保質期的足夠信息。水分含量和水活度之間的關系是復雜的，并與食物的相對濕度和水分含量有關。
我們通常會誤認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、毛細作用和表面作用)，每種產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。當斜率發(fā)生變化時，產品的質地會發(fā)生變化或發(fā)生其他類型的反應。
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，并預測效果。等溫線對于預測貨架壽命也很重要。
4. 微生物與水活度的關系
長期以來，水分含量是反映藥品質量安全和穩(wěn)定的一個重要參數(shù)。然而，用于控制微生物導致的變質，水活度是比水分含量更重要的一個參數(shù)，它是產品中微生物可利用水的量度，在微生物學中細菌、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。因此水分活度是預測產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測微生物生長，反映產品穩(wěn)定性和安全性的重要參數(shù)。
微生物當其周圍的水活度低于其內部時，細胞內外不等滲，細胞內的水就會流出來，當它流出來的時候，細胞就會失去膨脹壓力。細胞將試圖通過改變其代謝過程來適應，以減少其內部的水活度。如果它能適應環(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)。
降低水活度將會導致微生物生長停滯期的延長，代謝活性、長繁殖速率和細菌內生孢子和霉菌孢子活性的降低，產生毒素的減少，以及細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，如果一種產品的水活度為0.95，其他條件如pH值、溫度、營養(yǎng)物質非常理想，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，不管細菌在什么基質中，餅干，粉末，或者寵物食品，如果這些細菌存在，基質水活度高于細菌最低限度，細菌都會生長。這些aw 數(shù)據(jù)已被科學文獻確認和證明，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，通過設計和控制藥品水活度可準確的評估藥品的安全性和穩(wěn)定性。
如果GMP 生產的藥品水活度較低（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品的歷史測試數(shù)據(jù)以及原料、水、生產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，提升產品質量具有重要意義。
7. 水分活度（Water Activity, aw)測定方法
水活度（aw），是相同溫度下產品水蒸氣壓（P）與純水蒸氣壓（Po）的比值。
水活度是物理化學術語，反映產品中水的能量狀態(tài)，表示水與產品成分之間結合的緊密程度，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，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，并轉化為濕度信號。每次使用前傳感器必須用標準鹽溶液進行校準，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AOAC國際認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)近似認為濕球溫度。以下是USP中此方法的計算公式。
光學吸收法
光學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、 《如何準確測量水分活度值？》
京公網安備11010802046783號
