Vad är skillnaden mellan gelatin och HPMC kapslar?

Kärnskillnaden är enkel: gelatinkapslar är gjorda av kollagen från djur, medan HPMC-kapslar (hydroxipropylmetylcellulosakapslar) är växtbaserade . Den enstaka distinktionen övergår i betydelsefulla skillnader i fukthalt, upplösningsbeteende, stabilitet under värme och fukt, kompatibilitet med hygroskopiska fyllningar och lämplighet för vegetariska, vegan- eller halalmarknader. Om du väljer ett kapselskal för ett tillägg eller en farmaceutisk produkt, kommer beslutet mellan dessa två typer att påverka din formulering, din hållbarhet, din målkonsument och din kostnadsstruktur.

Vad är Gelatinkapslar Tillverkad av

Gelatinkapslar har varit industristandard i över ett sekel. De produceras genom att bearbeta kollagen extraherat från ben, hud och bindväv från nötkreatur (nötkreatur) eller svin (gris). Det råa kollagenet hydrolyseras, renas och formas till tunna skal genom en doppningsprocess. Resultatet är ett transparent eller halvtransparent skal med en slät textur och en välförstådd upplösningsprofil.

Hårda gelatinkapslar, även kallade tvådelade kapslar, består av en kropp och ett lock som passar ihop för att omsluta en pulver-, pellet- eller granulatfyllning. Mjuka gelatinkapslar (softgels) är skal i ett stycke som vanligtvis används för flytande eller halvfasta fyllningar som fiskolja, vitamin E eller CoQ10. Tillverkningsprocessen för softgels använder en roterande form-metod, medan hårda gelatinkapslar fylls separat efter tillverkning.

Standard hårda gelatinkapslar innehåller cirka 13–16 % fukt vid jämvikt. Denna fukt är en integrerad del av skalets mekaniska integritet - för lite och kapseln blir skör; för mycket och det mjuknar och deformeras. Denna fuktkänslighet är en av de primära begränsningarna för gelatinskal.

Vad är HPMC Capsules and How Are They Made

HPMC-kapslar, även kallade vegetariska kapslar, vegetabiliska kapslar eller växtbaserade kapslar, tillverkas av hydroxipropylmetylcellulosa - en halvsyntetisk polymer som härrör från cellulosa, den strukturella komponenten i växtcellväggar. Cellulosan modifieras kemiskt genom hydroxipropylering och metylering för att producera ett vattenlösligt, filmbildande material lämpligt för kapseltillverkning.

Det finns två huvudtyper av HPMC-kapslar på marknaden. Den första typen använder ett gelningsmedel, typiskt karragenan eller gellangummi, för att uppnå det gelhärdande beteende som behövs under doppnings- och torkningsprocessen. Den andra typen är en nyare generation av HPMC-kapslar som använder en termisk gelningsmekanism - själva HPMC gelerar vid upphettning - vilket eliminerar behovet av ytterligare gelningsmedel. Denna andra typ marknadsförs ofta som "ren etikett" och kan föredras av formulerare som är oroade över karragenan.

HPMC-kapslar innehåller vanligtvis endast 4–6 % fukt , vilket är betydligt lägre än gelatin. Denna låga fukthalt i jämvikt är en av de mest praktiskt viktiga egenskaperna hos HPMC-skal, speciellt när man arbetar med fuktkänsliga aktiva ingredienser.

Jämförelse sida vid sida av gelatin- och HPMC-kapslar

Tabellen nedan sammanfattar de mest kritiska tekniska och kommersiella skillnaderna mellan de två kapseltyperna.

Upplösningsbeteende: Där de två typerna skiljer sig åt

Upplösning är en central fråga i farmaceutiska och nutraceutiska formuleringar. Båda kapseltyperna sönderdelas och släpper sitt innehåll i vattenhaltiga miljöer, men mekanismen och hastigheten skiljer sig åt på sätt som har betydelse kliniskt och kommersiellt.

Hur gelatin löser sig

Gelatin bildar en termoreversibel gel. I magvätska vid kroppstemperatur (37°C) sväller gelatinkapslar, spricker och löses upp relativt snabbt. Vid standardsönderfallstestning med simulerad magvätska (SGF) vid pH 1,2 sönderdelas hårda gelatinkapslar vanligtvis inom 5 till 10 minuter . Denna hastighet anses vara gynnsam för formuleringar med omedelbar frisättning där snabb insättning behövs.

Gelatin är dock känsligt för en process som kallas tvärbindning. När fyllmaterialet innehåller aldehyder - inklusive vanliga hjälpämnen som povidon (som kan innehålla peroxidföroreningar som bildar aldehyder) eller vissa spraytorkade extrakt - reagerar dessa föreningar med amingrupperna i gelatinproteinkedjorna. Denna tvärbindning skapar ytterligare kovalenta bindningar i skalet, vilket gör det resistent mot upplösning. I extrema fall kommer en tvärbunden gelatinkapsel att klara sönderdelningstestet visuellt intakt, vilket bildar vad regulatorer beskriver som en "pellicle" - ett segt, olösligt membran som omger fyllningen. Detta felläge är väldokumenterat i FDA:s vägledningsdokument och har lett till produktåterkallelser.

Hur HPMC-kapslar löses upp

HPMC-kapslar löses upp genom en annan mekanism. HPMC är vattenlösligt under kalla och neutrala till sura förhållanden, men gelar vid upphettning över cirka 50–55°C. Vid kroppstemperatur (37°C) löses HPMC-kapslar genom gradvis hydrering och erosion av skalmatrisen. Detta är i sig långsammare än gelatinupplösning - HPMC-kapselupplösning i SGF tar vanligtvis 10 till 20 minuter beroende på den specifika kvalitet och gelningsmedel som används.

Kritiskt sett är HPMC inte ett protein och har därför inga amingrupper tillgängliga för tvärbindningsreaktioner. Detta innebär att aldehydinnehållande fyllningar, peroxidgenererande hjälpämnen och reaktiva botaniska extrakt inte utgör någon tvärbindningsrisk för HPMC-skal. För formulerare som arbetar med utmanande aktiva farmaceutiska ingredienser (API) eller extrakt är detta en betydande fördel.

HPMC-kapslar visar också mer konsekvent upplösning över en rad pH-värden. I vissa studier avtog gelatinkapselupplösningen signifikant i simulerad tarmvätska (SIF) vid pH 6,8 jämfört med SGF, medan HPMC-kapselupplösningen förblev relativt stabil. För produkter som är avsedda att släppa ut sitt innehåll över flera GI-fack är denna konsekvens värdefull.

Fukt och stabilitet: en kritisk formuleringsvariabel

Fukthantering är en av de mest förbisedda aspekterna av kapselval, och det är där HPMC-kapslar erbjuder en särskilt tydlig och kvantifierbar fördel för vissa fyllningar.

Fuktöverföring från skal till fyllning

Gelatinkapslar bär en betydande vattenreservoar – upp till 16 viktprocent – som kan migrera till en hygroskopisk fyllning över tiden. För en aktiv ingrediens som hydrolyserar i närvaro av vatten (som acetylsalicylsyra, vissa peptider eller många probiotika), kan denna fuktöverföring försämra produkten under lagring. Graden av fuktöverföring beror på vattenaktivitetsgradienten mellan skalet och fyllningen, lagringstemperaturen och förpackningsförhållandena.

HPMC-kapslar, med endast 4–6 % jämviktsfuktighet, överför avsevärt mindre vatten till hygroskopiska fyllningar. Speciellt för probiotika, som är bland de mest fuktkänsliga fyllningarna i kosttillskottsindustrin, har HPMC-kapslar blivit det dominerande valet. Probiotisk livsduglighet under en 24-månaders hållbarhet kan skilja sig åt i en storleksordning beroende på kapselskalstyp, med HPMC som konsekvent överträffar gelatin när andra förpackningsvariabler hålls konstanta.

Beteende i miljöer med hög luftfuktighet

Gelatinkapslar blir mjuka och klibbiga vid relativ luftfuktighet över cirka 60–65 %. I tropiskt klimat eller under varma säsonger kan detta leda till att kapslar klibbar ihop inuti flaskor, deformeras under tyngden av fyllmaterial eller blir svåra att hantera på förpackningslinjer. Detta är anledningen till att gelatinkapselprodukter avsedda för marknaderna i Sydostasien, Sydasien eller Afrika söder om Sahara ofta kräver ytterligare förpackningsteknik – torkmedel, foliepåsar eller kvävespolning – för att bibehålla produktens integritet.

HPMC-kapslar bibehåller sina mekaniska egenskaper upp till cirka 80 % relativ luftfuktighet , vilket gör dem mer robusta för global distribution och marknader med varma klimat. Denna stabilitetsfördel kan minska förpackningens komplexitet och associerade kostnader, vilket delvis kompenserar det högre priset per enhet för HPMC-skal.

Låg luftfuktighet sprödhet i gelatin

Gelatinets fuktberoende fungerar i båda riktningarna. Under cirka 10 % relativ luftfuktighet – förhållanden som finns i lager med vinterklimat eller under lufttransport på hög höjd – tappar gelatinkapslar fukt, blir spröda och benägna att spricka under fyllning, transport eller användning. HPMC-kapslar är avsevärt mindre känsliga för sprödhet med låg luftfuktighet, vilket minskar brottfrekvensen på kapselfyllningsmaskiner med hög hastighet som arbetar i torra miljöer.

Dietära, religiösa och etiska överväganden

Marknaden för växtbaserade kosttillskott och läkemedel har vuxit kraftigt under det senaste decenniet, och kapselskalstyp är en direkt del av denna marknadssignal. HPMC-kapslar är lämpliga för konsumenter som följer vegetarisk eller vegansk kost, och de är till sin natur fria från animaliska material. Detta gör dem lämpliga för märkning som "vegetariska kapslar" eller "veganska kapslar" - beteckningar som förekommer på en växande andel av kosttillskottsförpackningarna.

Gelatin som härrör från griskällor är förbjudet enligt islamisk kostlag (halal) och judisk kostlag (kosher). Bovint gelatin kan vara halal- eller koshercertifierat om djuret slaktades enligt relevanta religiösa krav och bearbetningsanläggningen uppfyller certifieringsstandarder, men certifieringen är inte automatisk och måste verifieras med dokumentation. HPMC-kapslar kräver ingen religiös certifiering för halal- eller kosherefterlevnad , förenkla leveranskedjan och märkningsprocessen för tillverkare som riktar sig till dessa konsumentgrupper.

Enligt marknadsundersökningar från Grand View Research värderades den globala vegetariska kapselmarknaden – dominerad av HPMC – till över 360 miljoner USD 2022 och förväntas växa med en sammansatt årlig tillväxttakt på cirka 8 % fram till 2030, delvis driven av ökande efterfrågan från konsumenterna på renmärkta och växtbaserade kosttillskottsprodukter. Denna tillväxt överträffar den totala marknaden för gelatinkapslar, vilket signalerar en gradvis förändring av industrins preferenser.

Syrepermeabilitet och skydd av oxidationskänsliga ingredienser

Syrepermeabilitet genom kapselhöljet är en relevant faktor för fyllningar som är benägna att oxidera - fiskolja, astaxantin, fettlösliga vitaminer, CoQ10 och många botaniska extrakt. HPMC har lägre syrepermeabilitet än gelatin vid motsvarande skaltjocklek och fukthalt.

En studie publicerad i International Journal of Pharmaceutics visade att fyllningar inkapslade i HPMC hårda kapslar visade signifikant lägre peroxidvärden (ett mått på lipidoxidation) efter accelererad stabilitetstestning jämfört med identiska fyllningar i hårda gelatinkapslar. Även om kapselhöljet inte är den primära syrebarriären i de flesta förpackningssystem - den rollen tillhör flaskan eller blistern - för produkter där kapseln i sig är den sista försvarslinjen innan fyllningen, ger HPMC:s lägre permeabilitet en mätbar fördel.

För vätskefyllda hårda kapslar (LFHC), där en flytande eller halvfast fyllning är förseglad inuti en bandad hård kapsel, blir skalets barriäregenskaper ännu viktigare eftersom fyllningen är i direkt och kontinuerlig kontakt med skalets inre yta. HPMC LFHC-system används för känsliga lipidbaserade formuleringar där den lägre fukt- och syrepermeabiliteten hos HPMC ger påtagliga hållbarhetsfördelar.

Fyllningskompatibilitet: Vilka ingredienser fungerar bättre i varje typ

Alla aktiva ingredienser är inte lika kompatibla med båda kapseltyperna. Att förstå fyll-skal-kompatibilitet förhindrar stabilitetsfel, problem med biotillgänglighet och regulatoriska avslag.

Fyller bättre lämpad för HPMC kapslar

• Probiotika och levande bakteriekulturer - på grund av låg fukthalt i skalet
• Hygroskopiska pulver som magnesiumklorid, vissa aminosyror eller spraytorkade örtextrakt
• Aldehyd-innehållande fyllningar inklusive vissa naturliga hartser, ginkgo-extrakt och povidonbaserade formuleringar
• Oxidationskänsliga lipofila aktiva substanser som omega-3-fettsyror, CoQ10 och vitamin A
• Produkter avsedda för konsumenter som undviker animaliska ingredienser
• Produkter som distribueras till marknader med hög luftfuktighet utan klimatkontrollerade kylkedjor

Fyllningar som fungerar bra i gelatinkapslar

• Torra, icke-hygroskopiska pulver som kalciumkarbonat, talk eller många syntetiska API:er
• Läkemedelsprodukter med omedelbar frisättning där snabbast möjliga sönderfall krävs
• Flytande fyllningar i mjukgelform - vitamin E, fiskolja, botaniska oleosinser - där gelatinets filmbildande egenskaper utnyttjas i tillverkningsprocessen med roterande munstycken
• Produkter med snäva kostnadsrestriktioner där prisskillnaden mellan gelatin och HPMC-skal är kommersiellt betydande
• Farmaceutiska tillämpningar i stora volymer där det omfattande regulatoriska prejudikatet för gelatinkapslar förenklar godkännandevägar

Kostnadsskillnader och kommersiella konsekvenser

Kostnaden är en verklig faktor vid val av kapsel, särskilt för produkter med stora volymer. Gelatinkapslar drar nytta av en mogen, storskalig global leveranskedja. Stora tillverkare – Capsugel (nu en del av Lonza), Qualicaps, ACG och Suheung – producerar gelatinkapslar till enorma volymer, vilket driver ner kostnaderna per enhet. För en hård gelatinkapsel i standardstorlek 0 köpt i kommersiella kvantiteter, ligger priset vanligtvis i intervallet 8–15 USD per tusen enheter, beroende på volym och specifikation.

HPMC-kapslar kostar vanligtvis 20–50 % mer per enhet än jämförbara gelatinkapslar . För en produkt med en portionsstorlek på 60 kapslar som säljs för 30–40 USD i detaljhandeln är denna kostnadsskillnad vanligtvis absorberbar. För ett råvarutillägg som säljs för 8–10 USD per flaska, kan skillnaden i kapselkostnad representera en meningsfull marginaleffekt. Kostnadsberäkningen bör dock också ta hänsyn till potentiella besparingar från minskad förpackningskomplexitet (färre torkmedel, enklare foliekrav), färre stabilitetsrelaterade omformuleringar och marknadstillgång till premium vegetariska och veganska konsumentsegment som är villiga att betala ett högre detaljhandelspris.

Ur ett regulatoriskt kostnadsperspektiv är HPMC-kapslar väletablerade i både USP och Ph.Eur. monografier och ingår i FDA:s inaktiva ingrediensdatabas för orala doseringsformer. Att byta från gelatin till HPMC i en farmaceutisk produkt kan kräva en kompletterande anmälan eller ändringsanmälan, men detta är i allmänhet inte ett stort hinder för välkarakteriserade produkter.

Överväganden vid tillverkning och fyllningslinje

Både gelatin- och HPMC-kapslar är kompatibla med vanliga höghastighets-kapselfyllningsmaskiner, inklusive doseringsanordningar med intermittent rörelse och kontinuerliga rörelser och fyllare med stampstift. Det finns dock praktiska skillnader i hanteringen som formulerare och kontraktstillverkare bör ta hänsyn till.

HPMC-kapslar tenderar att ha något lägre mekanisk töjning vid brott jämfört med gelatin under torra förhållanden, vilket innebär att fyllningsmaskiner som arbetar med låg relativ fuktighet kan uppleva marginellt högre brythastigheter för kapsylen eller kroppen. De flesta moderna fyllningsmaskiner kan justeras för HPMC kapseldimensioner och sprödhetsprofiler, men ett produktionsförsök är att rekommendera när man byter från gelatin till HPMC på en befintlig linje.

HPMC-kapslar har också något annorlunda friktionskoefficientvärden jämfört med gelatin, vilket kan påverka kapselorientering och transport på vibrerande sorteringsbrickor. Återigen är detta en hanterbar variabel som de flesta erfarna kapselfyllningsoperationer har stött på och åtgärdat.

För vätskefyllningstillämpningar med hårda kapslar kräver HPMC-skal banding (en tunn remsa av HPMC-lösning applicerad runt lock-kroppen) för att täta kapseln mot vätskeläckage. Gelatinkapslar kan också bandas, men processen är i huvudsak densamma. Specialiserad utrustning som Capsugel LiquigelTM-systemet har utformats specifikt för att fungera med HPMC för vätskefyllningstillämpningar.

När ska man välja HPMC-kapslar framför gelatin

Baserat på de tekniska egenskaperna som beskrivs ovan representerar följande scenarier tydliga indikationer för att välja HPMC-kapslar:

1. Fyllningen innehåller levande mikroorganismer (probiotika) eller någon ingrediens med en vattenaktivitet som är känslig för skalfuktvandring.
2. Fyllningen innehåller aldehyder, reducerande sockerarter eller peroxidalstrande hjälpämnen som kan tvärbinda ett gelatinskal och försämra upplösningen.
3. Produkten positioneras för vegetariska, vegan-, halal- eller koshermarknader.
4. Produkten kommer att distribueras till marknader med hög luftfuktighet utan tillförlitlig kylkedja eller klimatkontroll.
5. Fyllningen är oxidationskänslig och kapselhöljet är den primära eller sekundära syrebarriären.
6. Produkten kräver konsekvent upplösning i olika pH-miljöer, såsom en produkt som testats i både SGF- och SIF-förhållanden.

Omvänt förblir gelatinkapslar ett rationellt val när fyllningen är icke-reaktiv och icke-hygroskopisk, målkonsumenten inte har några dietrestriktioner som utesluter animaliska ingredienser, snabb upplösning i magvätskan är det primära designmålet, kostnadsminimering är avgörande, eller produkten är en mjukgel (där HPMC-baserad mjukgelteknologi är mycket mindre tillgänglig än gelatingel).

En anteckning om Pullulan och andra alternativa kapselmaterial

Medan valet i de flesta formuleringar handlar om gelatin kontra HPMC, är det värt att notera att andra kapselskalsmaterial finns. Pullulan kapslar, gjorda av en polysackarid som produceras av svampen Aureobasidium pullulans , är också växtbaserade och erbjuder exceptionellt låg syrepermeabilitet — cirka 300 gånger lägre än HPMC enligt data från Capsugels Plantcaps produktlinje. Pullulan kapslar används för premium oxidationskänsliga formuleringar men kommer till en betydligt högre kostnad än antingen gelatin eller HPMC.

Stärkelsebaserade kapslar är ett annat alternativ som används på vissa marknader, och fiskgelatinkapslar erbjuder ett halal-kompatibelt alternativ till gris- eller nötkreatursgelatin för konsumenter som undviker landdjur men inte följer en strikt vegetarisk kost. Var och en av dessa representerar en nischlösning för specifika formuleringar eller marknadskrav, men HPMC-kapslar är fortfarande det dominerande icke-gelatinalternativet i både kosttillskott och läkemedelstillämpningar globalt.