當我們討論產品中水活度的重要性時，我們往往關注的是內服產品，而不是外用產品。然而，考慮通常涂抹在身體外部的產品（如治療性乳膏、乳液和其他個人護理產品）的水活度同樣重要。水活度會影響這些產品的質地，使其易于涂抹，同時也決定了配方是否會助長微生物的生長。與口服產品一樣，涂抹含有致病微生物的外用產品可能很危險，并會導致嚴重感染。此外，水活度會影響降解化學反應的速率，而這些反應會降低產品功效并產生異味，從而縮短產品的保質期。

水分活度的概念

水分活度被定義為系統(tǒng)中水分的能量狀態(tài)，它通過吉布斯自由能方程與熱力學基本定律相關聯(lián)。它代表了在基質中，受表面、依數(shù)性和毛細管相互作用影響的水的相對化學勢能。當水通過各種相互作用與其他分子相互作用時，水分子鍵中所蘊含的一部分能量會轉移到這種相互作用中，從而降低了水分子本身的能量。產品成分與水之間的相互作用越多，水的能量就會變得越低。水能量的降低也會降低其逸入氣相的能力，導致蒸氣壓下降。

水分活度為 0.50 表明，產品中的水所具有的能量是在相同情況下純水能量的 50%。水分活度越低，系統(tǒng)中的水就越不像純水。請注意，這里給出的定義從未提及“自由水”這個術語，因為這個術語常被錯誤地用于定義水分活度，實際上它并沒有科學意義。

水分活度測量

為了測試外用產品，通過使樣品中的液相水與密閉腔室頂部空間中的氣相水達到平衡，并使用傳感器測量頂部空間的平衡相對濕度（ERH）來測量水分活度。相對濕度可以使用電阻電解傳感器、冷鏡傳感器、激光或電容式傳感器來測定。瑞士Novasina公司的Labmaster-aw neo，使用電阻電解傳感器來測定ERH。

水分活度與微生物生長

對于所有外用產品而言，這些產品的微生物安全性是最為令人擔憂的問題。必須對它們進行正確處理，以減少微生物負載并防止任何微生物隨后滋生。水分活度可控制微生物的生長，因為它會影響微生物的繁殖和生長能力。當微生物所處環(huán)境的水分活度低于其內部水分活度時，它們會受到滲透壓脅迫，并開始失水到周圍環(huán)境中，因為水會流向能量更低的區(qū)域（1）。這種失水會降低膨壓并阻礙正常的代謝活動。為了繼續(xù)繁殖，微生物必須將其內部水分活度降至低于環(huán)境水分活度，這樣水才會重新進入細胞。微生物會試圖通過在細胞內濃縮溶質來實現(xiàn)這一點。利用這些策略降低內部水分活度的能力因微生物而異。因此，每種微生物都有一個獨特的水分活度下限，低于該下限它們就無法生長（1,2）。常見腐敗微生物生長所需的水分活度下限列表見表2。

外用制劑的微生物問題

外用產品的水分活度水平因產品類型而異，如表1所示。但一般來說，乳液和霜劑的水分活度往往高于致病微生物生長臨界值0.85aw。對于這些產品，通過無菌處理和包裝來確保微生物安全性，即包裝在產品使用前起到保護作用。此外，許多這類乳液的pH值較低，可低至4.7，它與水分活度協(xié)同作用，防止微生物生長（3）。如果pH值和水分活度不足以抑制微生物生長，則需要添加諸如苯氧乙醇或水楊酸等防腐劑。對于水分活度低于0.85aw但高于0.70aw的軟膏和凝膠，主要的微生物問題是霉菌生長。為防止這些體系中霉菌生長，配方中會添加如苯甲酸鈉等抗霉菌的防腐劑。對于水分活度低于0.70aw的軟膏，微生物生長不是問題，產品在貨架期內穩(wěn)定。

控制水分活度的配方策略

在一個對天然無防腐劑產品的需求持續(xù)增長的市場中，通過配方調整將水分活度控制在較低水平，是一種在外用產品中避免使用化學防腐劑，同時仍能抑制微生物生長的方法。降低水分活度最常見的方法是通過干燥去除水分。然而，這種方法面臨的挑戰(zhàn)是要保持由水分賦予的理想粘度特性，而這種粘度特性有助于外用產品的涂抹。因此，降低水分活度最理想的方法是添加能提供水結合位點從而降低水能量的成分。這種配方調整方法的優(yōu)點是，它在降低水的能量以防止微生物生長的同時，還能保持一定的水分含量，以保留產品的質地。通過配方調整降低水分的一些方法包括添加：

• 保濕劑（如甘油、丙二醇）：具有極性，可提供水結合位點

• 多元醇和糖類：通過與水形成氫鍵來降低水的可利用性

• 油包水乳液：由于水的暴露有限，天然具有降低水分活度的作用

包裝的作用

外用產品在運輸或儲存過程中，水分活度的意外變化可能會導致質地和微生物穩(wěn)定性出現(xiàn)不良改變。水分活度降低通常會導致質地變化，而水分活度升高則可能影響微生物安全性。當產品暴露在相對濕度與其自身水分活度不同的環(huán)境中時，通常就會發(fā)生這些變化。由于大多數(shù)外用制劑的水分活度較高，它們更有可能處于濕度較低的儲存環(huán)境中，從而導致水分流失。為了減輕這種情況，具有有效防潮性能的包裝至關重要 —— 不過，為了控制成本，應避免過度包裝。目前有一些建模工具可以幫助選擇能在不同儲存條件下保持水分活度的包裝材料。

法規(guī)因素

外用產品必須在一個安全計劃下進行生產，該計劃需識別最可能出現(xiàn)的風險，并列出用于確保安全的關鍵控制點。有關個人護理霜劑、洗劑和軟膏的安全計劃指南可在當?shù)厮幍渲姓业?。就將水分活度作為這些產品的有效控制點而言，重要的具體指南包括美國藥典<922>水分活度以及化妝品的ISO 29621標準。

總結

水分活度是優(yōu)化面霜和乳液安全性、穩(wěn)定性及性能的有力參數(shù)。通過了解和控制水分活度，配方師可以提高產品質量、延長保質期，并通過有針對性的配方調整減少對防腐劑的依賴。特別重要的是水分活度和pH值之間的協(xié)同關系，二者結合可以增強對微生物的防護作用，即使是在無防腐劑的配方中也是如此。