La actividad de agua en el sector farmacéutico

El análisis de la actividad del agua es un proceso habitual en un gran número de industrias y sectores. La industria farmacéutica no es una excepción debido al gran número de aplicaciones que podemos encontrar para esta medida.

El agua es el elemento esencial para todas las formas de vida, incluidas las bacterias y el moho. Las células microbianas la necesitan para seguir siendo viables. Las células reciben agua mediante el mecanismo de transporte pasivo. Cuando la actividad del agua es lo suficientemente baja fuera de la célula, las células no pueden transportar agua a través de la membrana celular y se quedan inactivas.

Si la actividad del agua fuera de la célula aumenta lo suficiente, pueden reactivarse y comenzar a crecer nuevamente. La seguridad microbiológica depende tanto de un paso de eliminación del agua (como el tratamiento térmico) como del procesamiento y envasado que mantienen una baja actividad de agua en el producto.

Midiendo la actividad de agua (Aw), conoceremos la disponibilidad de agua, factor que posibilita o dificulta el crecimiento microbiano y así, podremos controlar y optimizar los procesos de fabricación y conservación de los productos farmacéuticos, cosméticos, etc. Podremos garantizar su estabilidad mecánica, física, química y microbiológica (estos valores inciden sobre el color, la textura, su valor nutricional y tiempo de conservación) y la seguridad para el consumidor.

 

 

Cómo se define la actividad de agua (valor Aw)

La actividad del agua se define como la humedad en equilibrio de un producto, determinada por la presión parcial del vapor de agua en su superficie. Esto nos indica la cantidad de agua disponible para que los microorganismos puedan crecer y llevar a cabo sus funciones metabólicas.

La actividad del agua es igual a la presión parcial de vapor de agua de un producto húmedo dividido por la presión de saturación del vapor de agua pura a la misma temperatura:

Aw = p (T) / p0 (T)

La actividad del agua, por lo tanto, varía dentro de un rango de 0 a 1. El agua pura tiene el valor de actividad de agua de 1.

Un producto puede ser considerado microbiológicamente estable si su Aw está por debajo de 0.6. Este es el límite que se busca para los productos para que se pueden almacenar a temperatura ambiente por un largo tiempo.

La Aw de un producto se puede reducir aumentando la concentración de solutos en la fase acuosa de los alimentos mediante la extracción del agua o mediante la adición de solutos (azúcares, sales, alcoholes. etc.)

Así, una actividad de agua Aw de 0.80 significa que la presión de vapor es 80 por ciento de la del agua pura. Un valor menor de 0.75 inhibe el crecimiento bacteriano, pero todavía pueden crecer algunas levaduras y mohos. A menos de 0.6 Aw todo el crecimiento se inhibe.

 

 

Diferencia entre contenido de agua y actividad de agua 

La actividad del agua representa el agua «libre» contenida en un producto; no es una medida de contenido de agua total o humedad, sino que es una medida de la disponibilidad de esta agua, que no está fuertemente ligada al producto desde un punto de vista fisicoquímico, e influye directamente en el crecimiento y toxigénesis de microorganismos como bacterias, levaduras y mohos, así como el desarrollo de reacciones enzimáticas y oxidaciones.

La relación entre el contenido de agua y la actividad del agua Aw de un producto a una temperatura constante, se llama isoterma de sorción.

El desarrollo de microorganismos está estrechamente relacionado con la actividad del agua debido a la influencia de la presión osmótica ejercida por el medio ambiente en los intercambios membranosos dentro de las celdas. La mayoría de las bacterias patógenas crecen a valores Aw superiores a 0,91.

 

Algunos usos y aplicaciones que se le da a la actividad del agua en el sector farmacéutico

• Como ya se ha mencionado, la reducción de la aw de un producto se produce mediante el aumento de la concentración de solutos en la fase acuosa de los alimentos a partir de la extracción del agua o por la adición de solutos (azúcares, sales, alcoholes. etc.)
• Nos informa del desarrollo de microorganismos, la migración de humedad, la estabilidad química y bioquímica, y la vida útil del producto.
• Aceleración de las pruebas microbiológicas. Debido al largo tiempo de espera para los resultados de análisis microbiológicos, se puede emplear el análisis de la actividad del agua mínima que poseen estos microorganismos para acceder a la misma información, pero con mayor rapidez.

La determinación de la aw de formas farmacéuticas no estériles nos da la información necesaria para mejorar la formulación de productos y la eficacia antimicrobiana de los sistemas conservantes, obteniendo una información en solo 5 minutos, y así poder reducir la degradación de sustancias farmacéuticas activas en formulaciones de productos susceptibles a hidrólisis química.

Con la información dada por la USP 1112 disponemos de una herramienta para justificar la reducción de la frecuencia de análisis microbiológicos, la liberación del producto y las pruebas de estabilidad, utilizando los métodos contenidos en el capítulo de prueba de límite microbiano.

• Aislamiento de los API. Para poder aislar los ingredientes farmacéuticos activos (API), los solventes orgánicos deben tener un nivel concreto de actividad de agua para evitar interacciones y reacciones secundarias no deseadas que pueden suponer un problema o generar costes y pérdidas de tiempo. Así conocer la aw de los solventes orgánicos, permite seleccionar los excipientes (USP <922>) dado que necesitan estar en un determinado intervalo.
• Retención de los API. Para aislar APIs y evitar interacciones o reacciones secundarias no deseadas, la hidrólisis de los APIs tiene una tasa de reacción mínima a un valor aw específico (higroscopicidad) ya que varían según la estacionalidad, de esta manera se garantiza la retención del API.

En todo momento se debe garantizar la conformidad del producto.

 

 

• Selección de los excipientes correctos. A la hora de elegir qué excipiente vamos a usar para transportar determinados componentes activos, la actividad del agua puede sernos de gran ayuda debido a que hay algunos que necesitan una mayor aw para así poder mantener la absorción de humedad deseada. Otros necesitan encontrarse en un menor intervalo. En función de estos datos podremos elegir la opción que mejor nos convenga.

• Validación de materias primas. Se puede comprobar habitualmente el estado y las especificaciones de las materias primas debido a que los cambios y variaciones que sufren acaban afectando a la actividad del agua.
• Optimización de los procesos de secado. El nivel de actividad del agua tiene también mucha relación con los procesos de secado. En función de su resultado puede determinar una rotura del comprimido, un apelmazamiento, aglutinación o incluso el endurecimiento de este.

 

Guías y métodos para medir la actividad de agua 

• AOAC (Official methods os analysis) 978.18.
• European Pharmacopoeia 7.1 2.9.39 Interacciones de sólidos en agua: determinación de las isotermas de sorción-desorción de la actividad del agua.
• USP Method 1112.
• USP Method 922 En vigor desde 1 de mayo de 2021, define el parámetro aw actividad de agua, proporciona marco y antecedentes teóricos, identifica las aplicaciones y describe la instrumentación.

El método según la USP <1112> nos informa sobre la aplicación de la medida de la actividad de agua para conocer las cualidades microbiológicas de productos farmacéuticos no estériles, y nos informa sobre la influencia de la actividad del agua en lo que respecta a la formulación del producto y su susceptibilidad a la contaminación microbiana.

Este método incluye una tabla de los límites de la actividad del agua según los microorganismos, estrategias para análisis microbiológicos basados en la actividad del agua y métodos para medir la actividad del agua.

 

 

En definitiva, la actividad del agua es empleada en un gran número de aplicaciones y sectores. Su importancia es fundamental debido a la amplia presencia de líquidos y elementos acuosos. Descubre más acerca del análisis de la aw. ¡Contacta con nosotros!