Sự khác biệt giữa viên nang gelatin và HPMC là gì?

Sự khác biệt cốt lõi rất đơn giản: viên nang gelatin được làm từ collagen có nguồn gốc từ động vật, trong khi viên nang HPMC (viên nang hydroxypropyl methylcellulose) có nguồn gốc từ thực vật. . Sự khác biệt duy nhất đó dẫn đến sự khác biệt có ý nghĩa về độ ẩm, đặc tính hòa tan, độ ổn định dưới nhiệt độ và độ ẩm, khả năng tương thích với chất độn hút ẩm và sự phù hợp cho thị trường chay, thuần chay hoặc halal. Nếu bạn đang chọn vỏ viên nang cho sản phẩm bổ sung hoặc dược phẩm, quyết định giữa hai loại này sẽ ảnh hưởng đến công thức, thời hạn sử dụng, người tiêu dùng mục tiêu và cơ cấu chi phí của bạn.

là gì Viên nang gelatin làm từ

Viên nang gelatin đã là tiêu chuẩn công nghiệp trong hơn một thế kỷ. Chúng được sản xuất bằng cách xử lý collagen chiết xuất từ ​​xương, da và mô liên kết của nguồn bò (gia súc) hoặc lợn (lợn). Collagen thô được thủy phân, tinh chế và tạo thành lớp vỏ mỏng thông qua quá trình nhúng. Kết quả là tạo ra một lớp vỏ trong suốt hoặc bán trong suốt với kết cấu mịn và đặc tính hòa tan được hiểu rõ.

Viên nang gelatin cứng, còn được gọi là viên nang hai mảnh, bao gồm phần thân và phần nắp vừa khít với nhau để chứa bột, viên hoặc hạt. Viên nang gelatin mềm (viên nang mềm) là loại vỏ liền khối thường được sử dụng để đựng chất lỏng hoặc bán rắn như dầu cá, vitamin E hoặc CoQ10. Quy trình sản xuất viên nang mềm sử dụng phương pháp khuôn quay, trong khi viên nang gelatin cứng được đổ đầy riêng sau khi sản xuất.

Viên nang gelatin cứng tiêu chuẩn chứa khoảng 13–16% độ ẩm ở trạng thái cân bằng. Độ ẩm này không thể thiếu đối với tính toàn vẹn cơ học của vỏ - quá ít và viên nang sẽ trở nên giòn; quá nhiều thì nó mềm đi và biến dạng. Độ nhạy ẩm này là một trong những hạn chế chính của vỏ gelatin.

là gì HPMC Capsules and How Are They Made

Viên nang HPMC, còn được gọi là viên nang dành cho người ăn chay, viên nang thực vật hoặc viên nang có nguồn gốc từ thực vật, được sản xuất từ hydroxypropyl methylcellulose - một loại polymer bán tổng hợp có nguồn gốc từ cellulose, thành phần cấu trúc của thành tế bào thực vật. Xenlulo được biến đổi về mặt hóa học thông qua quá trình hydroxypropyl hóa và methyl hóa để tạo ra vật liệu tạo màng, hòa tan trong nước thích hợp cho sản xuất viên nang.

Có hai loại viên nang HPMC chính trên thị trường. Loại đầu tiên sử dụng chất tạo gel, điển hình là carrageenan hoặc gellan gum, để đạt được trạng thái đông kết gel cần thiết trong quá trình nhúng và sấy khô. Loại thứ hai là thế hệ viên nang HPMC mới hơn sử dụng cơ chế tạo gel nhiệt - bản thân HPMC tạo gel khi đun nóng - loại bỏ nhu cầu về các chất tạo gel bổ sung. Loại thứ hai này thường được quảng cáo là "nhãn sạch" và có thể được các nhà lập công thức quan tâm đến carrageenan ưa thích hơn.

Viên nang HPMC thường chỉ chứa 4–6% độ ẩm , thấp hơn đáng kể so với gelatin. Độ ẩm cân bằng thấp này là một trong những đặc tính quan trọng nhất của vỏ HPMC, đặc biệt khi làm việc với các hoạt chất nhạy cảm với độ ẩm.

So sánh song song giữa viên nang Gelatin và HPMC

Bảng dưới đây tóm tắt những khác biệt quan trọng nhất về mặt kỹ thuật và thương mại giữa hai loại viên nang.

Hành vi hòa tan: Trường hợp hai loại phân kỳ

Độ hòa tan là mối quan tâm chính trong công thức dược phẩm và dinh dưỡng. Cả hai loại viên nang đều tan rã và giải phóng nội dung của chúng trong môi trường nước, nhưng cơ chế và tốc độ khác nhau về mặt lâm sàng và thương mại.

Gelatin hòa tan như thế nào

Gelatin tạo thành một loại gel thuận nghịch nhiệt. Trong dịch dạ dày ở nhiệt độ cơ thể (37°C), viên nang gelatin trương lên, vỡ ra và hòa tan tương đối nhanh. Trong thử nghiệm độ phân hủy tiêu chuẩn sử dụng dịch dạ dày mô phỏng (SGF) ở độ pH 1,2, viên nang gelatin cứng thường phân hủy trong 5 đến 10 phút . Tốc độ này được coi là thuận lợi cho các công thức giải phóng ngay lập tức khi cần khởi phát nhanh.

Tuy nhiên, gelatin dễ bị ảnh hưởng bởi một quá trình gọi là liên kết ngang. Khi vật liệu làm đầy có chứa aldehyd - bao gồm các tá dược thông thường như povidone (có thể chứa tạp chất peroxide tạo thành aldehyd) hoặc một số chiết xuất sấy phun nhất định - những hợp chất này sẽ phản ứng với các nhóm amin trong chuỗi protein gelatin. Liên kết ngang này tạo ra các liên kết cộng hóa trị bổ sung trong vỏ, khiến nó có khả năng chống lại sự hòa tan. Trong những trường hợp đặc biệt, viên nang gelatin liên kết ngang sẽ vượt qua bài kiểm tra phân rã về mặt hình ảnh một cách nguyên vẹn, tạo thành thứ mà các cơ quan quản lý mô tả là "viên" - một màng cứng, không hòa tan bao quanh phần nhân. Kiểu lỗi này đã được ghi rõ trong các tài liệu hướng dẫn của FDA và đã dẫn đến việc thu hồi sản phẩm.

Viên nang HPMC hòa tan như thế nào

Viên nang HPMC hòa tan theo một cơ chế khác. HPMC hòa tan trong nước trong điều kiện lạnh và từ trung tính đến axit, nhưng tạo gel khi đun nóng trên khoảng 50–55°C. Ở nhiệt độ cơ thể (37°C), viên nang HPMC hòa tan bằng cách hydrat hóa dần dần và xói mòn lớp vỏ. Điều này vốn đã chậm hơn so với quá trình hòa tan gelatin - Sự tan rã của viên nang HPMC trong SGF thường mất 10 đến 20 phút tùy thuộc vào loại cụ thể và chất tạo gel được sử dụng.

Điều quan trọng là HPMC không phải là protein và do đó không có sẵn nhóm amin cho các phản ứng liên kết ngang. Điều này có nghĩa là chất độn có chứa aldehyd, tá dược tạo ra peroxide và chiết xuất thực vật phản ứng không gây nguy cơ liên kết ngang cho vỏ HPMC. Đối với những người lập công thức làm việc với các thành phần dược phẩm hoạt tính (API) hoặc chiết xuất đầy thử thách, đây là một lợi thế đáng kể.

Viên nang HPMC cũng cho thấy độ hòa tan ổn định hơn trên nhiều giá trị pH. Trong một số nghiên cứu, quá trình hòa tan viên nang gelatin chậm lại đáng kể trong dịch ruột mô phỏng (SIF) ở pH 6,8 so với SGF, trong khi quá trình phân hủy viên nang HPMC vẫn tương đối ổn định. Đối với các sản phẩm nhằm mục đích giải phóng nội dung của chúng qua nhiều ngăn GI, tính nhất quán này rất có giá trị.

Độ ẩm và tính ổn định: Một biến số công thức quan trọng

Quản lý độ ẩm là một trong những khía cạnh bị bỏ qua nhất trong việc lựa chọn viên nang và đó là lúc viên nang HPMC mang lại lợi thế đặc biệt rõ ràng và có thể định lượng được đối với một số chất làm đầy nhất định.

Truyền ẩm từ vỏ sang điền

Viên nang gelatin chứa một lượng nước đáng kể - lên tới 16% trọng lượng - có thể di chuyển thành chất hút ẩm theo thời gian. Đối với một thành phần hoạt chất bị thủy phân khi có nước (chẳng hạn như aspirin, một số peptide nhất định hoặc nhiều chế phẩm sinh học), quá trình truyền độ ẩm này có thể làm giảm chất lượng sản phẩm trong quá trình bảo quản. Mức độ truyền ẩm phụ thuộc vào gradient hoạt độ nước giữa vỏ và chất độn, nhiệt độ bảo quản và điều kiện đóng gói.

Viên nang HPMC, chỉ có độ ẩm cân bằng 4–6%, chuyển ít nước hơn đáng kể sang các chất hút ẩm. Đặc biệt, đối với chế phẩm sinh học, vốn là một trong những loại chất độn nhạy cảm với độ ẩm nhất trong ngành thực phẩm bổ sung, viên nang HPMC đã trở thành lựa chọn chủ yếu. Khả năng tồn tại của Probiotic trong thời hạn sử dụng 24 tháng có thể khác nhau về mức độ tùy thuộc vào loại vỏ viên nang, trong đó HPMC luôn vượt trội hơn gelatin khi các biến số đóng gói khác được giữ không đổi.

Hành vi trong môi trường có độ ẩm cao

Viên nang gelatin trở nên mềm và dính ở mức độ ẩm tương đối trên khoảng 60–65%. Ở vùng khí hậu nhiệt đới hoặc trong quá trình vận chuyển vào mùa ấm, điều này có thể dẫn đến các viên nang dính vào nhau bên trong chai, biến dạng dưới sức nặng của vật liệu làm đầy hoặc trở nên khó xử lý trên dây chuyền đóng gói. Đây là lý do tại sao các sản phẩm viên nang gelatin dành cho thị trường Đông Nam Á, Nam Á hoặc châu Phi cận Sahara thường yêu cầu kỹ thuật đóng gói bổ sung — chất hút ẩm, túi giấy bạc hoặc thanh lọc nitơ — để duy trì tính toàn vẹn của sản phẩm.

Viên nang HPMC duy trì các đặc tính cơ học của chúng với độ ẩm tương đối khoảng 80% , khiến chúng trở nên mạnh mẽ hơn cho các thị trường phân phối toàn cầu và khí hậu ấm áp. Ưu điểm về độ ổn định này có thể giảm độ phức tạp của việc đóng gói và các chi phí liên quan, bù đắp một phần cho giá mỗi đơn vị cao hơn của vỏ HPMC.

Độ giòn độ ẩm thấp trong Gelatin

Sự phụ thuộc độ ẩm của gelatin hoạt động theo cả hai hướng. Độ ẩm tương đối dưới khoảng 10% - điều kiện thường thấy trong các nhà kho có khí hậu mùa đông hoặc trong quá trình vận chuyển hàng không ở độ cao - viên nang gelatin mất độ ẩm, trở nên giòn và dễ bị nứt trong quá trình đổ đầy, vận chuyển hoặc sử dụng. Viên nang HPMC ít nhạy cảm hơn đáng kể với độ giòn ở độ ẩm thấp, giúp giảm tỷ lệ vỡ trên các máy làm đầy viên nang tốc độ cao hoạt động trong môi trường khô ráo.

Những cân nhắc về chế độ ăn uống, tôn giáo và đạo đức

Thị trường dược phẩm và thực phẩm bổ sung có nguồn gốc thực vật đã phát triển đáng kể trong thập kỷ qua và loại vỏ viên nang là một phần trực tiếp của tín hiệu thị trường này. Viên nang HPMC phù hợp với người tiêu dùng theo chế độ ăn chay hoặc thuần chay và chúng vốn không có nguyên liệu có nguồn gốc động vật. Điều này làm cho chúng thích hợp để dán nhãn là "viên nang chay" hoặc "viên nang thuần chay" - những ký hiệu xuất hiện trên tỷ lệ bao bì thực phẩm bổ sung ngày càng tăng.

Gelatin có nguồn gốc từ lợn bị cấm theo luật ăn kiêng Hồi giáo (halal) và luật ăn kiêng của người Do Thái (kosher). Gelatin bò có thể được chứng nhận halal hoặc kosher nếu động vật được giết mổ theo các yêu cầu tôn giáo liên quan và cơ sở chế biến đáp ứng các tiêu chuẩn chứng nhận, nhưng chứng nhận không tự động và phải được xác minh bằng tài liệu. Viên nang HPMC không yêu cầu chứng nhận tôn giáo để tuân thủ halal hoặc kosher , đơn giản hóa chuỗi cung ứng và quy trình ghi nhãn cho các nhà sản xuất nhắm đến các nhóm người tiêu dùng này.

Theo nghiên cứu thị trường của Grand View Research, thị trường viên nang dành cho người ăn chay toàn cầu — do HPMC thống trị — được định giá hơn 360 triệu USD vào năm 2022 và được dự đoán sẽ tăng trưởng với tốc độ tăng trưởng gộp hàng năm khoảng 8% cho đến năm 2030, một phần do nhu cầu tiêu dùng ngày càng tăng đối với các sản phẩm bổ sung có nhãn sạch và nguồn gốc thực vật. Sự tăng trưởng này vượt xa thị trường viên nang gelatin tổng thể, báo hiệu sự thay đổi dần dần trong sở thích của ngành.

Khả năng thấm oxy và bảo vệ các thành phần nhạy cảm với quá trình oxy hóa

Khả năng thấm oxy qua vỏ viên nang là một yếu tố liên quan đến các chất làm đầy dễ bị oxy hóa - dầu cá, astaxanthin, vitamin tan trong chất béo, CoQ10 và nhiều chiết xuất thực vật. HPMC có độ thấm oxy thấp hơn gelatin ở độ dày vỏ và độ ẩm tương đương.

Một nghiên cứu được công bố trên Tạp chí quốc tế về dược phẩm đã chứng minh rằng chất độn được đóng gói trong viên nang cứng HPMC cho thấy giá trị peroxide thấp hơn đáng kể (thước đo quá trình oxy hóa lipid) sau khi thử nghiệm độ ổn định tăng tốc so với chất độn giống hệt trong viên nang gelatin cứng. Mặc dù vỏ viên nang không phải là hàng rào oxy chính trong hầu hết các hệ thống đóng gói - vai trò đó thuộc về chai hoặc vỉ - đối với các sản phẩm mà viên nang là tuyến phòng thủ cuối cùng trước khi đổ đầy, khả năng thấm thấp hơn của HPMC mang lại một lợi thế có thể đo lường được.

Đối với viên nang cứng chứa chất lỏng (LFHC), trong đó chất lỏng hoặc chất bán rắn được bịt kín bên trong viên nang cứng có dải, đặc tính rào cản của vỏ càng trở nên quan trọng hơn vì chất độn tiếp xúc trực tiếp và liên tục với bề mặt bên trong của vỏ. Hệ thống HPMC LFHC được sử dụng cho các công thức dựa trên lipid nhạy cảm trong đó HPMC có độ ẩm và độ thấm oxy thấp hơn mang lại lợi ích rõ ràng về thời hạn sử dụng.

Khả năng tương thích điền: Thành phần nào hoạt động tốt hơn trong từng loại

Không phải tất cả các hoạt chất đều tương thích như nhau với cả hai loại viên nang. Hiểu được khả năng tương thích của vỏ sẽ ngăn ngừa sự cố về độ ổn định, các vấn đề về sinh khả dụng và sự từ chối theo quy định.

Phù hợp hơn với Viên nang HPMC

• Probiotic và nuôi cấy vi khuẩn sống - do độ ẩm của vỏ thấp
• Bột hút ẩm như magie clorua, một số axit amin hoặc chiết xuất thảo dược sấy khô
• Chất độn có chứa aldehyd bao gồm một số loại nhựa tự nhiên, chiết xuất bạch quả và công thức dựa trên povidone
• Các hoạt chất ưa mỡ nhạy cảm với quá trình oxy hóa như axit béo omega-3, CoQ10 và vitamin A
• Sản phẩm dành cho người tiêu dùng tránh các thành phần có nguồn gốc từ động vật
• Sản phẩm được phân phối tới các thị trường có độ ẩm cao không có dây chuyền lạnh kiểm soát khí hậu

Chất làm đầy hoạt động tốt trong viên nang Gelatin

• Các loại bột khô, không hút ẩm như canxi cacbonat, bột talc hoặc nhiều loại API tổng hợp
• Các sản phẩm dược phẩm giải phóng ngay lập tức cần có sự phân hủy nhanh nhất có thể
• Chất lỏng ở dạng viên nang mềm - vitamin E, dầu cá, nhựa dầu thực vật - nơi các đặc tính tạo màng của gelatin được khai thác trong quy trình sản xuất khuôn quay
• Các sản phẩm có hạn chế về chi phí chặt chẽ trong đó chênh lệch giá giữa vỏ gelatin và vỏ HPMC có ý nghĩa thương mại lớn
• Các ứng dụng dược phẩm khối lượng lớn trong đó tiền lệ quy định rộng rãi đối với viên nang gelatin giúp đơn giản hóa quá trình phê duyệt

Sự khác biệt về chi phí và ý nghĩa thương mại

Chi phí là một yếu tố thực sự trong việc lựa chọn viên nang, đặc biệt đối với các sản phẩm có khối lượng lớn. Viên nang gelatin được hưởng lợi từ chuỗi cung ứng toàn cầu quy mô lớn, trưởng thành. Các nhà sản xuất lớn — Capsugel (hiện là một phần của Lonza), Qualicaps, ACG và Suheung — sản xuất viên nang gelatin với số lượng lớn, giúp giảm chi phí trên mỗi đơn vị. Đối với viên nang gelatin cứng cỡ 0 tiêu chuẩn được mua với số lượng thương mại, giá thường rơi vào khoảng 8–15 USD trên một nghìn đơn vị, tùy thuộc vào khối lượng và thông số kỹ thuật.

Viên nang HPMC thường có giá cao hơn 20–50% mỗi đơn vị so với viên nang gelatin tương đương . Đối với một sản phẩm có khẩu phần 60 viên được bán với giá bán lẻ từ 30–40 USD, chênh lệch chi phí này thường có thể chấp nhận được. Đối với một loại hàng hóa bổ sung được bán ở mức 8–10 USD mỗi chai, sự khác biệt trong chi phí viên nang có thể thể hiện tác động lợi nhuận đáng kể. Tuy nhiên, việc tính toán chi phí cũng sẽ tính đến khả năng tiết kiệm từ việc giảm độ phức tạp của bao bì (ít chất hút ẩm hơn, yêu cầu giấy bạc đơn giản hơn), ít công thức cải tiến liên quan đến độ ổn định hơn và khả năng tiếp cận thị trường với các phân khúc người tiêu dùng ăn chay và thuần chay cao cấp sẵn sàng trả giá bán lẻ cao hơn.

Từ góc độ chi phí quy định, viên nang HPMC được thiết lập tốt ở cả USP và Ph.Eur. chuyên khảo và được đưa vào Cơ sở dữ liệu thành phần không hoạt động của FDA cho các dạng bào chế uống. Việc chuyển từ gelatin sang HPMC trong một sản phẩm dược phẩm có thể yêu cầu nộp hồ sơ bổ sung hoặc thông báo thay đổi, nhưng nhìn chung đây không phải là rào cản lớn đối với các sản phẩm có đặc tính tốt.

Những cân nhắc về dây chuyền sản xuất và chiết rót

Cả viên nang gelatin và HPMC đều tương thích với các máy làm viên nang tốc độ cao tiêu chuẩn, bao gồm máy định lượng chuyển động không liên tục và chuyển động liên tục cũng như máy làm đầy chốt nén. Tuy nhiên, có những khác biệt thực tế trong cách xử lý mà người lập công thức và nhà sản xuất theo hợp đồng nên tính đến.

Viên nang HPMC có xu hướng có độ giãn dài cơ học khi đứt thấp hơn một chút so với gelatin trong điều kiện khô, điều đó có nghĩa là máy làm đầy hoạt động ở độ ẩm tương đối thấp có thể thấy tỷ lệ vỡ nắp hoặc thân cao hơn một chút. Hầu hết các máy chiết rót hiện đại đều có thể được điều chỉnh theo kích thước viên nang HPMC và độ giòn, nhưng nên thử nghiệm sản xuất khi chuyển từ gelatin sang HPMC trên dây chuyền hiện có.

Viên nang HPMC cũng có hệ số giá trị ma sát hơi khác so với gelatin, điều này có thể ảnh hưởng đến việc định hướng và vận chuyển viên nang trên các khay phân loại rung. Một lần nữa, đây là một biến số có thể quản lý được mà hầu hết các hoạt động làm đầy viên nang có kinh nghiệm đều gặp phải và giải quyết.

Đối với các ứng dụng đổ đầy chất lỏng có viên nang cứng, vỏ HPMC cần có dải (một dải mỏng dung dịch HPMC được bôi xung quanh mối nối thân nắp) để bịt kín viên nang khỏi rò rỉ chất lỏng. Viên nang gelatin cũng có thể được buộc lại, nhưng về cơ bản thì quá trình này giống nhau. Thiết bị chuyên dụng như hệ thống Capsugel LiquigelTM đã được thiết kế đặc biệt để hoạt động với HPMC cho các ứng dụng đổ đầy chất lỏng.

Khi nào nên chọn viên nang HPMC thay vì Gelatin

Dựa trên các đặc tính kỹ thuật được mô tả ở trên, các tình huống sau đây thể hiện những dấu hiệu rõ ràng cho việc lựa chọn viên nang HPMC:

1. Chất độn chứa các vi sinh vật sống (men vi sinh) hoặc bất kỳ thành phần nào có hoạt tính nước nhạy cảm với sự di chuyển độ ẩm của vỏ.
2. Chất độn có chứa aldehyd, đường khử hoặc tá dược tạo ra peroxide có thể liên kết ngang với vỏ gelatin và làm giảm khả năng hòa tan.
3. Sản phẩm đang được định vị cho các thị trường ăn chay, thuần chay, halal hoặc kosher.
4. Sản phẩm sẽ được phân phối đến các thị trường có độ ẩm cao mà không có dây chuyền lạnh hoặc kiểm soát khí hậu đáng tin cậy.
5. Chất độn nhạy cảm với quá trình oxy hóa và vỏ nang là hàng rào oxy sơ cấp hoặc thứ cấp.
6. Sản phẩm yêu cầu độ hòa tan nhất quán trên các môi trường pH khác nhau, chẳng hạn như sản phẩm được thử nghiệm ở cả điều kiện SGF và SIF.

Ngược lại, viên nang gelatin vẫn là lựa chọn hợp lý khi chất làm đầy không phản ứng và không hút ẩm, người tiêu dùng mục tiêu không có hạn chế về chế độ ăn uống loại trừ các thành phần có nguồn gốc động vật, hòa tan nhanh trong dịch dạ dày là mục tiêu thiết kế chính, giảm thiểu chi phí là rất quan trọng hoặc sản phẩm là viên nang mềm (trong đó công nghệ viên nang mềm dựa trên HPMC vẫn chưa hoàn thiện và ít phổ biến hơn so với viên nang mềm gelatin).

Lưu ý về Pullulan và các vật liệu viên nang thay thế khác

Mặc dù sự lựa chọn trong hầu hết các công thức đều thuộc về gelatin so với HPMC, điều đáng chú ý là vẫn tồn tại các vật liệu vỏ nang khác. Viên nang Pullulan, được làm từ polysaccharide do nấm tạo ra Aureobasidium pullulans , cũng có nguồn gốc từ thực vật và có khả năng thấm oxy đặc biệt thấp — thấp hơn khoảng 300 lần so với HPMC theo dữ liệu từ dòng sản phẩm Plantcaps của Capsugel. Viên nang Pullulan được sử dụng cho các công thức cao cấp nhạy cảm với quá trình oxy hóa nhưng có chi phí cao hơn đáng kể so với gelatin hoặc HPMC.

Viên nang làm từ tinh bột là một lựa chọn khác được sử dụng ở một số thị trường và viên nang gelatin cá cung cấp một giải pháp thay thế tương thích halal cho gelatin lợn hoặc bò cho những người tiêu dùng tránh động vật trên cạn nhưng không tuân theo chế độ ăn chay nghiêm ngặt. Mỗi loại trong số này đại diện cho một giải pháp thích hợp cho công thức cụ thể hoặc yêu cầu của thị trường, nhưng viên nang HPMC vẫn là lựa chọn không chứa gelatin chiếm ưu thế trên cả ứng dụng thực phẩm bổ sung và dược phẩm trên toàn cầu.