打开任何一份挑战测试报告，你都会看到两样东西：一份带拉丁学名的微生物清单，以及一列称为对数减少值的数字。这两者共同决定产品能否通过，但很少有品牌方被告知它们的含义。挑战测试的对数减少值，是以10的幂表示的活微生物数量下降幅度：1个对数表示比起始时减少90%，2个对数表示减少99%，3个对数表示减少99.9%。本指南通过计算实例解释其中的数学，介绍五种测试菌，并说明如何读懂这些数字而不被误导。
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简短回答
在挑战测试中，实验室会向产品的各个分装样品中加入大量已知数目的微生物，通常为每克数十万到一百万个。随后在第7、14和28天对存活菌计数。每次计数转换为对数，并从起始值中减去。得到的结果即对数减少值，与标准（通常是ISO 11930）的标准进行比较。细菌必须下降最快，酵母较慢，霉菌最少，因为每一类的行为各不相同。
“对数减少”究竟是什么意思
微生物计数的范围极大，从数百万到寥寥几个。用10的幂来写，更便于比较：1,000,000是10的6次方，写作log 6，1,000则是log 3。对数减少值就是起始对数减去取样日的对数。
- 1个对数减少 = 活微生物减少90%
- 2个对数 = 减少99%
- 3个对数 = 减少99.9%
- 4个对数 = 减少99.99%
百分比掩盖了差异有多大。“杀灭99%”听起来很棒，但它只有2个对数，从一百万个细胞开始，仍有10,000个存活。这就是标准使用对数而不是百分比的原因。
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计算实例
假设实验室向一款乳液接种Pseudomonas aeruginosa，起始菌数为每克500,000菌落形成单位（CFU）。500,000的对数是5.7。第7天的菌数为200 CFU/g，即log 2.3。对数减少值为5.7 − 2.3 = 3.4。按ISO 11930标准A，细菌在第7天前需至少减少3个对数，所以这个结果满足当天的要求。
再看霉菌。Aspergillus brasiliensis起始为200,000 CFU/g（log 5.3），第28天为15,000 CFU/g（log 4.2）。减少了1.1个对数。对于霉菌，标准A要求第14天不增加，第28天前至少减少1个对数，所以这也算通过，只是刚好过线。
五种测试菌及其用途
ISO 11930、Ph. Eur. 5.1.3和USP 51都使用同样的五种微生物。实验室从公认的菌种保藏机构获取它们，例如ATCC菌株，以便结果在全球范围内可比较。
- Pseudomonas aeruginosa（常用ATCC 9027）：革兰氏阴性菌，在水中繁殖旺盛，耐受多种防腐剂，并可引起眼部感染。它是污染问题最常见的原因之一。
- Staphylococcus aureus（常用ATCC 6538）：革兰氏阳性菌，存在于皮肤和鼻腔，代表来自手和使用者的污染。
- Escherichia coli（常用ATCC 8739）：革兰氏阴性菌，是粪便污染和卫生不良的指示菌。
- Candida albicans（常用ATCC 10231）：酵母，代表在液体中像细菌一样生长的真菌污染。
- Aspergillus brasiliensis（常用ATCC 16404，旧称A. niger）：霉菌，会形成抗性孢子，是对防腐剂反应最慢的一类。
为什么细菌、酵母和霉菌的目标不同
细菌在水基产品中繁殖很快，所以防腐体系必须迅速压制它们；这就是ISO 11930标准A要求第7天前达到3个对数的原因。酵母更难杀灭，所以同一时间的目标是1个对数。霉菌孢子天生就能在恶劣条件下存活，因此要求更低：按标准A，第14天不增加，第28天前至少减少1个对数。标准B放宽了这些目标，只有在有书面记录的理由（例如保护性包装）时才被接受。
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“不增加”是什么意思
在平板上数菌落从来不是完全精确的。同一样品的两个平板也可能不同，所以标准允许一定的容差。例如，USP 51把“不增加”定义为不比对比值高出超过0.5个对数。实际上，霉菌计数从log 5.3变为log 5.5视为稳定，而跳到log 6.0则是真正的增加，判为不合格。
检出限与“小于”的结果
当防腐剂效果很好时，计数可能降到方法的检出能力以下。此时报告会显示类似“<10 CFU/g”的数值，以及写作“>4.7”的对数减少值。这并不表示产品无菌，而是表示存活菌低于检出限，检出限取决于稀释度和所用的中和剂。“大于”的结果是好消息，但检出限不同的报告之间，无法比较确切的数值。
为什么起始菌数很重要
每个对数减少值都是相对于某个参照计算出来的。视方法而定，该参照是计算得到的接种量，或是接种后立即进行的计数。实验室还要检查其中和剂能否阻止防腐剂在平板上起作用。如果中和失败，防腐剂在计数过程中会继续杀菌，结果会比实际看起来好。请询问是否验证了中和效果，尤其是对防腐剂较强或酒精含量高的产品。
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哪些因素影响产品的对数减少值
- 防腐剂的选择与用量：各种防腐剂对细菌、酵母和霉菌的覆盖各不相同。
- pH：许多有机酸仅在低pH下起作用。储存期间pH漂移会削弱它们，这是进行稳定性测试的原因之一。
- 水分活度与配方：乳液、增稠剂、植物提取物和某些表面活性剂可能结合或灭活防腐剂。
- 包装：最好用最终配方、在最终包装中进行测试。
- 起始质量：受污染的批次开始测试时就带有额外负担。微生物指标检测可确认该批次起初是清洁的。
对数减少不等于保质期
挑战测试显示防腐体系在某一时刻（通常是新鲜批次）能否应对污染。它不能告诉你产品能稳定多久，也不能告诉你该印什么开封后使用期限（PAO）。保质期来自稳定性测试，有些评估员还会要求在储存结束时再做一次挑战测试，以证明防腐剂在货架上放置数月之后依然有效。
常见误读
- 把百分比当作证明。“减少99%”只有2个对数。
- 只看第28天。细菌还必须达到第7天或第14天的目标。
- 把霉菌的小幅减少当作不合格。对于霉菌，第14天不增加就可以完全合规。
- 脱离背景比较报告。不同的标准、检出限和接种水平会改变数字。
常见问题
对数减少值越高总是越好吗？
在合理范围内是的，因为它显示了安全余量。但过于激进的防腐体系可能引发耐受性问题，所以目标是稳健地通过，而不是尽可能高的杀灭量。
为什么霉菌的目标这么低？
霉菌孢子天生具有抗性，反应缓慢。标准反映了这种生物学特性，同时仍要求霉菌绝不能在产品中生长。
结果会用在哪里？
签署的报告进入产品信息档案，由安全评估员用于CPSR的A部分。
关键要点
- 每个对数代表十倍的下降：3个对数意味着微生物减少99.9%。
- 对数减少值 = 起始对数菌数 减去 取样日的对数菌数。
- 五种参考微生物涵盖革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、酵母和霉菌。
- 目标因微生物类别而异，“<”值反映的是检出限，而不是无菌。