В чем разница между желатиновыми капсулами и капсулами HPMC?

Основное отличие простое: желатиновые капсулы изготовлены из коллагена животного происхождения, а капсулы HPMC (капсулы гидроксипропилметилцеллюлозы) имеют растительное происхождение. . Это единственное различие приводит к значительным различиям во содержании влаги, характере растворения, стабильности при нагревании и влажности, совместимости с гигроскопичными наполнителями и пригодности для вегетарианских, веганских или халяльных рынков. Если вы выбираете оболочку капсулы для пищевой добавки или фармацевтического продукта, выбор между этими двумя типами повлияет на ваш состав, срок годности, вашего целевого потребителя и структуру ваших затрат.

Что такое Желатиновые капсулы Сделано из

Желатиновые капсулы уже более века являются отраслевым стандартом. Они производятся путем переработки коллагена, извлеченного из костей, кожи и соединительной ткани крупного рогатого скота или свиньи (свиньи). Сырой коллаген гидролизуется, очищается и формируется в тонкие оболочки посредством процесса погружения. В результате получается прозрачная или полупрозрачная оболочка с гладкой текстурой и хорошо понятным профилем растворения.

Твердые желатиновые капсулы, также называемые капсулами, состоящими из двух частей, состоят из корпуса и крышки, которые соединяются вместе, образуя порошкообразный, пеллетный или гранулированный наполнитель. Мягкие желатиновые капсулы (мягкие капсулы) представляют собой цельные оболочки, обычно используемые для жидких или полутвердых наполнителей, таких как рыбий жир, витамин Е или CoQ10. В процессе производства мягких таблеток используется метод ротационной матрицы, тогда как твердые желатиновые капсулы заполняются отдельно после производства.

Стандартные твердые желатиновые капсулы содержат примерно 13–16% влаги. в равновесии. Эта влага является неотъемлемой частью механической целостности скорлупы — если ее недостаточно, капсула становится хрупкой; слишком много, и он размягчается и деформируется. Эта чувствительность к влаге является одним из основных ограничений желатиновых оболочек.

Что такое HPMC Capsules and How Are They Made

Капсулы HPMC, также называемые вегетарианскими капсулами, растительными капсулами или капсулами на растительной основе, производятся из гидроксипропилметилцеллюлозы — полусинтетического полимера, полученного из целлюлозы, структурного компонента стенок растительных клеток. Целлюлозу химически модифицируют посредством гидроксипропилирования и метилирования с получением водорастворимого пленкообразующего материала, подходящего для производства капсул.

На рынке представлено два основных типа капсул HPMC. В первом типе используется гелеобразующий агент, обычно каррагинан или геллановая камедь, для достижения свойств схватывания геля, необходимых в процессе погружения и сушки. Второй тип — это капсулы HPMC нового поколения, в которых используется механизм термического гелеобразования — сам HPMC образует гель при нагревании, что устраняет необходимость в дополнительных гелеобразующих агентах. Этот второй тип часто продается как «чистая этикетка», и его могут предпочесть разработчики рецептур, обеспокоенные каррагинаном.

Капсулы HPMC обычно содержат только 4–6% влаги. , что значительно ниже, чем у желатина. Такое низкое равновесное содержание влаги является одним из наиболее практически важных свойств оболочек ГПМЦ, особенно при работе с чувствительными к влаге активными ингредиентами.

Параллельное сравнение желатиновых капсул и капсул ГПМЦ

В таблице ниже приведены наиболее важные технические и коммерческие различия между двумя типами капсул.

Поведение растворения: где расходятся два типа

Растворение является центральной проблемой в фармацевтических и нутрицевтических рецептурах. Оба типа капсул распадаются и высвобождают свое содержимое в водную среду, но механизм и скорость различаются, что имеет значение с клинической и коммерческой точки зрения.

Как растворяется желатин

Желатин образует термообратимый гель. В желудочном соке при температуре тела (37°С) желатиновые капсулы сравнительно быстро набухают, разрываются и растворяются. При стандартном тестировании на дезинтеграцию с использованием искусственной желудочной жидкости (SGF) при pH 1,2 твердые желатиновые капсулы обычно распадаются в течение от 5 до 10 минут . Такая скорость считается благоприятной для составов с немедленным высвобождением, где необходимо быстрое начало действия.

Однако желатин уязвим для процесса, называемого сшивкой. Когда материал наполнителя содержит альдегиды, в том числе распространенные наполнители, такие как повидон (который может содержать примеси пероксида, образующие альдегиды) или некоторые экстракты, высушенные распылением, эти соединения реагируют с аминогруппами в белковых цепях желатина. Это сшивание создает дополнительные ковалентные связи в оболочке, делая ее устойчивой к растворению. В крайних случаях сшитая желатиновая капсула пройдет тест на дезинтеграцию визуально неповрежденной, образуя то, что регулирующие органы называют «пеликулой» — прочной нерастворимой мембраной, окружающей наполнитель. Этот режим отказа хорошо описан в руководящих документах FDA и привел к отзыву продукции.

Как растворяются капсулы HPMC

Капсулы ГПМЦ растворяются по другому механизму. ГПМЦ растворим в воде в холодных и нейтральных или кислых условиях, но образует гель при нагревании примерно выше 50–55°C. При температуре тела (37°C) капсулы ГПМЦ растворяются путем постепенной гидратации и эрозии матрикса оболочки. Это по своей сути медленнее, чем растворение желатина. Распад капсулы HPMC в SGF обычно занимает от 10 до 20 минут. в зависимости от конкретной марки и используемого гелеобразователя.

Важно отметить, что HPMC не является белком и, следовательно, не имеет аминогрупп, доступных для реакций сшивания. Это означает, что наполнители, содержащие альдегиды, наполнители, генерирующие пероксид, и химически активные растительные экстракты не представляют риска сшивания оболочек ГПМЦ. Для разработчиков рецептур, работающих со сложными активными фармацевтическими ингредиентами (API) или экстрактами, это является существенным преимуществом.

Капсулы HPMC также демонстрируют более равномерное растворение в диапазоне значений pH. В некоторых исследованиях растворение желатиновых капсул значительно замедлялось в искусственной кишечной жидкости (SIF) при pH 6,8 по сравнению с SGF, в то время как распад капсул HPMC оставался относительно стабильным. Для продуктов, предназначенных для высвобождения своего содержимого через несколько отделов ЖКТ, такая согласованность является ценной.

Влажность и стабильность: важнейшая переменная рецептуры

Управление влажностью является одним из наиболее игнорируемых аспектов выбора капсул, и именно здесь капсулы HPMC предлагают особенно явное и поддающееся количественной оценке преимущество для определенных наполнителей.

Перенос влаги из оболочки в наполнитель

Желатиновые капсулы содержат значительный резервуар воды — до 16% по весу, — который со временем может превратиться в гигроскопичный наполнитель. Для активного ингредиента, который гидролизуется в присутствии воды (например, аспирин, некоторые пептиды или многие пробиотики), такой перенос влаги может привести к ухудшению качества продукта во время хранения. Степень влагопереноса зависит от градиента активности воды между оболочкой и наполнителем, температуры хранения и условий упаковки.

Капсулы ГПМЦ с равновесной влажностью всего 4–6% передают существенно меньше воды гигроскопичным наполнителям. В частности, для пробиотиков, которые являются одними из наиболее чувствительных к влаге наполнителей в индустрии пищевых добавок, капсулы HPMC стали доминирующим выбором. Жизнеспособность пробиотиков в течение 24-месячного срока хранения может различаться на порядок в зависимости от типа оболочки капсулы, при этом HPMC постоянно превосходит желатин, когда другие параметры упаковки остаются постоянными.

Поведение в условиях высокой влажности

Желатиновые капсулы становятся мягкими и липкими при относительной влажности выше примерно 60–65%. В тропическом климате или во время транспортировки в теплое время года это может привести к тому, что капсулы слипнутся внутри бутылок, деформируются под тяжестью наполняющего материала или их будет трудно транспортировать на упаковочных линиях. Вот почему продукты в желатиновых капсулах, предназначенные для рынков Юго-Восточной Азии, Южной Азии или стран Африки к югу от Сахары, часто требуют дополнительных технологий упаковки — осушителей, пакетов из фольги или продувки азотом — для сохранения целостности продукта.

Капсулы HPMC сохраняют свои механические свойства при относительной влажности примерно до 80%. , что делает их более надежными для глобального распределения и рынков с теплым климатом. Это преимущество стабильности может снизить сложность упаковки и связанные с ней затраты, частично компенсируя более высокую цену за единицу оболочек HPMC.

Хрупкость желатина при низкой влажности

Зависимость желатина от влаги действует в обоих направлениях. При относительной влажности ниже 10% (условия, характерные для складов с зимним климатом или во время воздушной перевозки на большой высоте) желатиновые капсулы теряют влагу, становятся хрупкими и склонными к растрескиванию во время наполнения, транспортировки или использования. Капсулы HPMC значительно менее чувствительны к хрупкости при низкой влажности, что снижает вероятность поломки на высокоскоростных машинах для наполнения капсул, работающих в сухой среде.

Диетические, религиозные и этические соображения

Рынок растительных добавок и фармацевтических препаратов существенно вырос за последнее десятилетие, и тип оболочки капсул является непосредственной частью этого рыночного сигнала. Капсулы HPMC подходят потребителям, соблюдающим вегетарианскую или веганскую диету, и по своей сути не содержат материалов животного происхождения. Это делает их подходящими для маркировки как «вегетарианские капсулы» или «веганские капсулы» — обозначения, которые появляются на растущей доле упаковок пищевых добавок.

Желатин, полученный из свинины, запрещен исламским законом о диете (халяль) и еврейским законом о диете (кошер). Бычий желатин может быть сертифицирован как халяль или кошер, если животное было забито в соответствии с соответствующими религиозными требованиями и перерабатывающее предприятие соответствует стандартам сертификации, но сертификация не является автоматической и должна быть подтверждена документацией. Капсулы HPMC не требуют религиозной сертификации на соответствие требованиям халяль или кошерности. , упрощая цепочку поставок и процесс маркировки для производителей, ориентированных на эти группы потребителей.

Согласно исследованию рынка, проведенному компанией Grand View Research, мировой рынок вегетарианских капсул, на котором доминирует HPMC, в 2022 году оценивался более чем в 360 миллионов долларов США, и, по прогнозам, совокупный годовой темп роста составит примерно 8% до 2030 года, отчасти благодаря увеличению потребительского спроса на пищевые добавки с «чистой этикеткой» и пищевые добавки растительного происхождения. Этот рост опережает общий рынок желатиновых капсул, сигнализируя о постепенном изменении предпочтений отрасли.

Кислородная проницаемость и защита ингредиентов, чувствительных к окислению

Проницаемость кислорода через оболочку капсулы является важным фактором для наполнителей, склонных к окислению — рыбьего жира, астаксантина, жирорастворимых витаминов, коэнзима Q10 и многих растительных экстрактов. ГПМЦ имеет более низкую кислородопроницаемость, чем желатин при эквивалентной толщине оболочки и содержании влаги.

Одно исследование, опубликованное в Международный фармацевтический журнал продемонстрировали, что наполнители, инкапсулированные в твердые капсулы из HPMC, показали значительно более низкие значения пероксида (показатель окисления липидов) после ускоренного тестирования стабильности по сравнению с идентичными наполнителями в твердых желатиновых капсулах. Хотя оболочка капсулы не является основным кислородным барьером в большинстве упаковочных систем (эта роль принадлежит бутылке или блистеру), для продуктов, где сама капсула является последней линией защиты перед наполнением, более низкая проницаемость HPMC обеспечивает измеримое преимущество.

Для твердых капсул с жидким наполнением (LFHC), где жидкий или полутвердый наполнитель запечатан внутри твердой капсулы с переплетом, барьерные свойства оболочки становятся еще более важными, поскольку наполнитель находится в прямом и непрерывном контакте с внутренней поверхностью оболочки. Системы HPMC LFHC используются для чувствительных составов на основе липидов, где более низкая проницаемость для влаги и кислорода HPMC обеспечивает ощутимые преимущества при хранении.

Совместимость начинок: какие ингредиенты лучше работают в каждом типе

Не все активные ингредиенты одинаково совместимы с обоими типами капсул. Понимание совместимости наполнителя предотвращает нарушения стабильности, проблемы с биодоступностью и отказы регулирующих органов.

Заполняет лучше подходит для ГПМЦ Капсулы

• Пробиотики и живые культуры бактерий — из-за низкой влажности оболочки.
• Гигроскопичные порошки, такие как хлорид магния, некоторые аминокислоты или высушенные распылением экстракты трав.
• Альдегидсодержащие наполнители, включая некоторые натуральные смолы, экстракты гинкго и составы на основе повидона.
• Чувствительные к окислению липофильные активные вещества, такие как жирные кислоты омега-3, коэнзим Q10 и витамин А.
• Продукты, предназначенные для потребителей, которые избегают ингредиентов животного происхождения.
• Продукты поставляются на рынки с высокой влажностью без использования холодовых цепей с контролируемым климатом.

Хорошо работающие наполнители в желатиновых капсулах

• Сухие негигроскопичные порошки, такие как карбонат кальция, тальк или многие синтетические API.
• Фармацевтические продукты с немедленным высвобождением, для которых требуется максимально быстрая дезинтеграция.
• Жидкие наполнители в форме мягких капсул — витамин Е, рыбий жир, растительные олеосмолы — где пленкообразующие свойства желатина используются в процессе производства с ротационной головкой.
• Продукты с жесткими ценовыми ограничениями, где разница в цене между желатином и оболочками из ГПМЦ коммерчески значительна.
• Крупномасштабные фармацевтические применения, где обширный нормативный прецедент для желатиновых капсул упрощает пути утверждения.

Разница в стоимости и коммерческие последствия

Стоимость является реальным фактором при выборе капсул, особенно для продуктов, выпускаемых в больших объемах. Желатиновые капсулы извлекают выгоду из зрелой, крупномасштабной глобальной цепочки поставок. Крупнейшие производители — Capsugel (теперь часть Lonza), Qualicaps, ACG и Suheung — производят желатиновые капсулы в огромных объемах, что снижает затраты на единицу продукции. Для твердых желатиновых капсул стандартного размера 0, приобретенных в коммерческих количествах, цена обычно находится в диапазоне 8–15 долларов США за тысячу единиц, в зависимости от объема и спецификации.

Капсулы HPMC обычно стоят на 20–50 % дороже за единицу, чем сопоставимые желатиновые капсулы. . Для продукта с размером порции в 60 капсул, продаваемого в розницу по цене 30–40 долларов США, эта разница в стоимости обычно поглощается. Для товарной добавки, продаваемой по цене 8–10 долларов США за бутылку, разница в стоимости капсул может существенно повлиять на прибыль. Однако при расчете затрат следует также учитывать потенциальную экономию за счет снижения сложности упаковки (меньшее количество влагопоглотителей, более простые требования к фольге), меньшего количества изменений в рецептуре, связанных со стабильностью, и доступа к рынку премиальных вегетарианских и веганских потребительских сегментов, готовых платить более высокую розничную цену.

С точки зрения нормативных затрат капсулы HPMC хорошо зарекомендовали себя как в USP, так и в Ph.Eur. монографии и включены в базу данных неактивных ингредиентов FDA для пероральных лекарственных форм. Переход с желатина на ГПМЦ в фармацевтическом продукте может потребовать дополнительной подачи заявки или уведомления об изменении, но обычно это не является серьезным препятствием для хорошо охарактеризованных продуктов.

Вопросы производства и линии розлива

Как желатиновые капсулы, так и капсулы HPMC совместимы со стандартными высокоскоростными машинами для наполнения капсул, включая дозаторы прерывистого и непрерывного действия и наполнители с трамбовочными штифтами. Однако существуют практические различия в обращении, которые следует учитывать разработчикам рецептур и контрактным производителям.

Капсулы из ГПМЦ, как правило, имеют немного меньшее механическое удлинение при разрыве по сравнению с желатином в сухих условиях, а это означает, что в машинах для наполнения, работающих при низкой относительной влажности, может наблюдаться немного более высокая скорость разрушения крышки или корпуса. Большинство современных разливочных машин можно адаптировать под размеры капсул HPMC и профили хрупкости, но при переходе с желатина на HPMC на существующей линии рекомендуется провести производственное испытание.

Капсулы HPMC также имеют немного другие значения коэффициента трения по сравнению с желатином, что может повлиять на ориентацию капсул и транспортировку на вибрирующих сортировочных лотках. Опять же, это управляемая переменная, с которой сталкивались и с которой обращались большинство опытных специалистов по наполнению капсул.

Для наполнения жидкостью твердых капсул оболочки HPMC требуют бандажа (тонкая полоска раствора HPMC, нанесенная вокруг соединения крышки с корпусом) для герметизации капсулы от утечки жидкости. Желатиновые капсулы также можно перевязать, но процесс по сути тот же. Специализированное оборудование, такое как система Capsugel LiquigelTM, было разработано специально для работы с HPMC в системах наполнения жидкостью.

Когда лучше выбирать капсулы HPMC вместо желатина

На основании описанных выше технических свойств следующие сценарии представляют собой четкие указания для выбора капсул HPMC:

1. Наполнитель содержит живые микроорганизмы (пробиотики) или любой ингредиент с активностью воды, чувствительный к миграции влаги из скорлупы.
2. Наполнитель содержит альдегиды, редуцирующие сахара или вспомогательные вещества, генерирующие перекись, которые могут сшивать желатиновую оболочку и ухудшать растворение.
3. Продукт позиционируется для вегетарианского, веганского, халяльного или кошерного рынков.
4. Продукт будет распространяться на рынки с высокой влажностью без надежной холодильной цепи или климат-контроля.
5. Наполнитель чувствителен к окислению, а оболочка капсулы является первичным или вторичным кислородным барьером.
6. Продукт требует постоянного растворения в средах с различным pH, например, продукт протестирован как в условиях SGF, так и в условиях SIF.

И наоборот, желатиновые капсулы остаются рациональным выбором, когда наполнитель нереакционноспособен и негигроскопичен, у целевого потребителя нет диетических ограничений, исключающих использование ингредиентов животного происхождения, быстрое растворение в желудочном соке является основной целью разработки, минимизация затрат имеет решающее значение или продукт представляет собой мягкие желатиновые капсулы (где технология мягких капсул на основе HPMC все еще менее развита и менее широко доступна, чем желатиновые мягкие капсулы).

Примечание о пуллулане и других альтернативных материалах для капсул

Хотя в большинстве составов выбор сводится к выбору желатина или ГПМЦ, стоит отметить, что существуют и другие материалы оболочки капсул. Капсулы пуллулана, изготовленные из полисахарида, вырабатываемого грибком. Ауреобазидиум пуллуланс , также имеют растительное происхождение и обладают исключительно низкой проницаемостью для кислорода. примерно в 300 раз ниже, чем HPMC по данным линейки продуктов Capsugel Plantcaps. Капсулы пуллулана используются для составов премиум-класса, чувствительных к окислению, но их стоимость значительно выше, чем у желатина или ГПМЦ.

Капсулы на основе крахмала являются еще одним вариантом, используемым на некоторых рынках, а капсулы из рыбного желатина предлагают халяльную альтернативу свиному или бычьему желатину для потребителей, которые избегают наземных животных, но не соблюдают строгую вегетарианскую диету. Каждый из них представляет собой нишевое решение для конкретной рецептуры или требований рынка, но капсулы HPMC остаются доминирующим нежелатиновым вариантом как в пищевых добавках, так и в фармацевтических приложениях во всем мире.