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Der Hauptunterschied ist einfach: Gelatinekapseln werden aus tierischem Kollagen hergestellt, während HPMC-Kapseln (Hydroxypropylmethylcellulose-Kapseln) pflanzlich sind . Diese einzige Unterscheidung führt zu bedeutenden Unterschieden im Feuchtigkeitsgehalt, im Auflösungsverhalten, in der Stabilität unter Hitze und Feuchtigkeit, in der Kompatibilität mit hygroskopischen Füllungen und in der Eignung für vegetarische, vegane oder Halal-Märkte. Wenn Sie sich für eine Kapselhülle für ein Nahrungsergänzungsmittel oder ein pharmazeutisches Produkt entscheiden, wirkt sich die Entscheidung zwischen diesen beiden Arten auf Ihre Formulierung, Ihre Haltbarkeitsdauer, Ihre Zielgruppe und Ihre Kostenstruktur aus.
Gelatinekapseln sind seit über einem Jahrhundert der Industriestandard. Sie werden durch die Verarbeitung von Kollagen hergestellt, das aus Knochen, Haut und Bindegewebe von Rindern (Rindern) oder Schweinen (Schweinen) gewonnen wird. Das rohe Kollagen wird hydrolysiert, gereinigt und durch einen Tauchprozess zu dünnen Schalen geformt. Das Ergebnis ist eine transparente oder halbtransparente Hülle mit glatter Textur und einem gut verständlichen Auflösungsprofil.
Hartgelatinekapseln, auch zweiteilige Kapseln genannt, bestehen aus einem Körper und einer Kappe, die zusammenpassen und eine Pulver-, Pellet- oder Granulatfüllung umschließen. Weichgelatinekapseln (Softgels) sind einteilige Hüllen, die typischerweise für flüssige oder halbfeste Füllungen wie Fischöl, Vitamin E oder CoQ10 verwendet werden. Der Herstellungsprozess für Softgels erfolgt im Rotationsdüsenverfahren, während Hartgelatinekapseln nach der Produktion separat abgefüllt werden.
Standard-Hartgelatinekapseln enthalten etwa 13–16 % Feuchtigkeit im Gleichgewicht. Diese Feuchtigkeit ist für die mechanische Integrität der Hülle von entscheidender Bedeutung – zu wenig Feuchtigkeit führt dazu, dass die Kapsel spröde wird. zu viel und es wird weicher und verformt sich. Diese Feuchtigkeitsempfindlichkeit ist eine der Hauptbeschränkungen von Gelatinehüllen.
HPMC-Kapseln, auch vegetarische Kapseln, Veggie-Caps oder pflanzliche Kapseln genannt, werden aus Hydroxypropylmethylcellulose hergestellt – einem halbsynthetischen Polymer, das aus Cellulose, dem Strukturbestandteil pflanzlicher Zellwände, gewonnen wird. Die Cellulose wird durch Hydroxypropylierung und Methylierung chemisch modifiziert, um ein wasserlösliches, filmbildendes Material zu erzeugen, das für die Kapselproduktion geeignet ist.
Es gibt zwei Haupttypen von HPMC-Kapseln auf dem Markt. Bei der ersten Art wird ein Geliermittel, typischerweise Carrageenan oder Gellangummi, verwendet, um das während des Eintauch- und Trocknungsprozesses erforderliche Gelhärtungsverhalten zu erreichen. Beim zweiten Typ handelt es sich um eine neuere Generation von HPMC-Kapseln, die einen thermischen Gelierungsmechanismus nutzen – die HPMC selbst geliert beim Erhitzen, sodass keine zusätzlichen Geliermittel erforderlich sind. Dieser zweite Typ wird häufig als „Clean Label“ vermarktet und kann von Herstellern bevorzugt werden, die Bedenken hinsichtlich Carrageen haben.
HPMC-Kapseln enthalten typischerweise nur 4–6 % Feuchtigkeit , was deutlich niedriger ist als bei Gelatine. Dieser niedrige Gleichgewichtsfeuchtigkeitsgehalt ist eine der praktisch wichtigsten Eigenschaften von HPMC-Hüllen, insbesondere bei der Arbeit mit feuchtigkeitsempfindlichen Wirkstoffen.
Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten technischen und kommerziellen Unterschiede zwischen den beiden Kapseltypen zusammen.
| Eigentum | Gelatinekapseln | HPMC-Kapseln |
|---|---|---|
| Quellmaterial | Rinder- oder Schweinekollagen | Pflanzliche Zellulose |
| Gleichgewichtsfeuchtigkeit | 13–16 % | 4–6 % |
| Ernährungseignung | Nicht vegetarisch oder vegan; kann je nach Quelle im Widerspruch zu Halal/Koscher stehen | Vegetarisch, vegan, Halal, koscher |
| Auflösungsrate | Schnell – zerfällt normalerweise innerhalb von 5–10 Minuten in der Magenflüssigkeit | Etwas langsamer – normalerweise 10–20 Minuten; konsistenter über alle pH-Bereiche hinweg |
| Vernetzungsrisiko | Hoch – Aldehyde in der Füllung können Gelatine vernetzen und so die Auflösung verlangsamen | Sehr niedrig – nicht anfällig für Vernetzung |
| Feuchtigkeitsstabilität | Mäßig – wird über 60–65 % relativer Luftfeuchtigkeit weicher | Gut – behält die Integrität bis zu ~80 % relativer Luftfeuchtigkeit bei |
| Sauerstoffdurchlässigkeit | Höher | Niedriger – besserer Schutz für oxidationsempfindliche Inhaltsstoffe |
| Kosten | Unten – gut etablierte Lieferkette | Höher — typically 20–50% more expensive per unit |
| Drucken und Markieren | Hervorragend – weitgehend kompatibel mit Tinten | Gut – kompatibel, erfordert jedoch möglicherweise eine Tintenanpassung |
| Füllkompatibilität | Breit; nicht ideal für hygroskopische oder aldehydhaltige Füllungen | Hervorragend geeignet für hygroskopische, feuchtigkeitsempfindliche oder reaktive Füllungen |
Die Auflösung ist ein zentrales Anliegen bei der pharmazeutischen und nutrazeutischen Formulierung. Beide Kapseltypen zerfallen und geben ihren Inhalt in wässrigen Umgebungen frei, der Mechanismus und die Geschwindigkeit unterscheiden sich jedoch in klinisch und kommerziell bedeutsamer Weise.
Gelatine bildet ein thermoreversibles Gel. Im Magensaft bei Körpertemperatur (37 °C) quellen Gelatinekapseln relativ schnell auf, platzen und lösen sich auf. Bei standardmäßigen Zerfallstests mit simulierter Magenflüssigkeit (SGF) bei pH 1,2 zerfallen Hartgelatinekapseln typischerweise im Inneren 5 bis 10 Minuten . Diese Geschwindigkeit gilt als günstig für Formulierungen mit sofortiger Freisetzung, bei denen ein schneller Wirkungseintritt erforderlich ist.
Allerdings ist Gelatine anfällig für einen Prozess namens Vernetzung. Wenn das Füllmaterial Aldehyde enthält – einschließlich üblicher Hilfsstoffe wie Povidon (das Peroxidverunreinigungen enthalten kann, die Aldehyde bilden) oder bestimmte sprühgetrocknete Extrakte – reagieren diese Verbindungen mit den Amingruppen in Gelatineproteinketten. Durch diese Vernetzung entstehen zusätzliche kovalente Bindungen in der Hülle, wodurch sie lösungsbeständig wird. Im Extremfall besteht eine vernetzte Gelatinekapsel den Zerfallstest optisch intakt und bildet das, was die Aufsichtsbehörden als „Pellikel“ bezeichnen – eine zähe, unlösliche Membran, die die Füllung umgibt. Dieser Fehlermodus ist in den Leitliniendokumenten der FDA gut dokumentiert und hat zu Produktrückrufen geführt.
HPMC-Kapseln lösen sich durch einen anderen Mechanismus auf. HPMC ist unter kalten und neutralen bis sauren Bedingungen wasserlöslich, geliert jedoch, wenn es auf über etwa 50–55 °C erhitzt wird. Bei Körpertemperatur (37 °C) lösen sich HPMC-Kapseln durch allmähliche Hydratation und Erosion der Schalenmatrix auf. Dies ist von Natur aus langsamer als die Auflösung von Gelatine – Der Zerfall der HPMC-Kapsel in SGF dauert typischerweise 10 bis 20 Minuten Abhängig von der spezifischen Sorte und dem verwendeten Geliermittel.
Entscheidend ist, dass HPMC kein Protein ist und daher keine Amingruppen für Vernetzungsreaktionen zur Verfügung stehen. Das bedeutet, dass aldehydhaltige Füllstoffe, peroxiderzeugende Hilfsstoffe und reaktive Pflanzenextrakte kein Vernetzungsrisiko für HPMC-Hüllen darstellen. Für Formulierer, die mit anspruchsvollen pharmazeutischen Wirkstoffen (APIs) oder Extrakten arbeiten, ist dies ein wesentlicher Vorteil.
HPMC-Kapseln zeigen außerdem eine gleichmäßigere Auflösung über einen Bereich von pH-Werten hinweg. In einigen Studien verlangsamte sich die Auflösung von Gelatinekapseln in simulierter Darmflüssigkeit (SIF) bei pH 6,8 im Vergleich zu SGF deutlich, während der Zerfall von HPMC-Kapseln relativ stabil blieb. Für Produkte, deren Inhalt über mehrere GI-Kompartimente verteilt werden soll, ist diese Konsistenz wertvoll.
Das Feuchtigkeitsmanagement ist einer der am häufigsten übersehenen Aspekte bei der Kapselauswahl, und hier bieten HPMC-Kapseln für bestimmte Füllungen einen besonders klaren und quantifizierbaren Vorteil.
Gelatinekapseln enthalten einen erheblichen Wasserspeicher – bis zu 16 Gewichtsprozent – der mit der Zeit in eine hygroskopische Füllung übergehen kann. Bei einem Wirkstoff, der in Gegenwart von Wasser hydrolysiert (wie Aspirin, bestimmte Peptide oder viele Probiotika), kann dieser Feuchtigkeitstransfer das Produkt während der Lagerung beeinträchtigen. Der Grad der Feuchtigkeitsübertragung hängt vom Wasseraktivitätsgradienten zwischen Hülle und Füllung, der Lagertemperatur und den Verpackungsbedingungen ab.
HPMC-Kapseln mit nur 4–6 % Gleichgewichtsfeuchtigkeit übertragen wesentlich weniger Wasser an hygroskopische Füllungen. Insbesondere für Probiotika, die zu den feuchtigkeitsempfindlichsten Füllstoffen in der Nahrungsergänzungsmittelindustrie gehören, sind HPMC-Kapseln die dominierende Wahl. Die Lebensfähigkeit von Probiotika über eine Haltbarkeitsdauer von 24 Monaten kann je nach Kapselhüllentyp um eine Größenordnung variieren, wobei HPMC Gelatine durchweg übertrifft, wenn andere Verpackungsvariablen konstant gehalten werden.
Gelatinekapseln werden bei einer relativen Luftfeuchtigkeit über etwa 60–65 % weich und klebrig. In tropischen Klimazonen oder beim Versand in der warmen Jahreszeit kann dies dazu führen, dass Kapseln in Flaschen zusammenkleben, sich unter dem Gewicht des Füllmaterials verformen oder auf Verpackungslinien schwer zu handhaben sind. Aus diesem Grund erfordern Gelatinekapselprodukte, die für südostasiatische, südasiatische oder afrikanische Märkte südlich der Sahara bestimmt sind, häufig zusätzliche Verpackungstechniken – Trockenmittel, Folienbeutel oder Stickstoffspülung –, um die Produktintegrität aufrechtzuerhalten.
HPMC-Kapseln behalten ihre mechanischen Eigenschaften bis zu einer relativen Luftfeuchtigkeit von etwa 80 % Dadurch sind sie robuster für den globalen Vertrieb und Märkte mit warmem Klima. Dieser Stabilitätsvorteil kann die Verpackungskomplexität und die damit verbundenen Kosten reduzieren und den höheren Stückpreis von HPMC-Schalen teilweise ausgleichen.
Die Feuchtigkeitsabhängigkeit von Gelatine wirkt in beide Richtungen. Unter etwa 10 % relativer Luftfeuchtigkeit – Bedingungen, die in winterlichen Lagerhäusern oder beim Lufttransport in großer Höhe herrschen – verlieren Gelatinekapseln Feuchtigkeit, werden spröde und neigen beim Befüllen, Transport oder Gebrauch zur Rissbildung. HPMC-Kapseln reagieren wesentlich weniger empfindlich auf Sprödigkeit bei niedriger Luftfeuchtigkeit, was die Bruchrate bei Hochgeschwindigkeits-Kapselfüllmaschinen in trockenen Umgebungen verringert.
Der Markt für pflanzliche Nahrungsergänzungsmittel und Arzneimittel ist im letzten Jahrzehnt erheblich gewachsen, und der Kapselhüllentyp ist ein direkter Teil dieses Marktsignals. HPMC-Kapseln eignen sich für Verbraucher, die sich vegetarisch oder vegan ernähren, und sind grundsätzlich frei von tierischen Inhaltsstoffen. Daher eignen sie sich für die Kennzeichnung „vegetarische Kapseln“ oder „vegane Kapseln“ – Bezeichnungen, die auf einem wachsenden Anteil der Verpackungen von Nahrungsergänzungsmitteln erscheinen.
Gelatine aus Schweinequellen ist nach dem islamischen Ernährungsrecht (halal) und dem jüdischen Ernährungsrecht (koscher) verboten. Rindergelatine kann Halal- oder Koscher-zertifiziert sein, wenn das Tier gemäß den entsprechenden religiösen Anforderungen geschlachtet wurde und die Verarbeitungsanlage die Zertifizierungsstandards erfüllt. Die Zertifizierung erfolgt jedoch nicht automatisch und muss anhand von Unterlagen überprüft werden. HPMC-Kapseln erfordern keine religiöse Zertifizierung für Halal- oder Koscher-Konformität , wodurch die Lieferkette und der Kennzeichnungsprozess für Hersteller, die auf diese Verbrauchergruppen abzielen, vereinfacht werden.
Laut Marktforschung von Grand View Research wurde der weltweite Markt für vegetarische Kapseln – dominiert von HPMC – im Jahr 2022 auf über 360 Millionen US-Dollar geschätzt und soll bis 2030 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von etwa 8 % wachsen, was teilweise auf die steigende Verbrauchernachfrage nach Clean-Label- und pflanzlichen Nahrungsergänzungsmitteln zurückzuführen ist. Dieses Wachstum übersteigt den Gesamtmarkt für Gelatinekapseln und signalisiert eine allmähliche Verschiebung der Branchenpräferenz.
Die Sauerstoffdurchlässigkeit durch die Kapselhülle ist ein relevanter Faktor für Füllungen, die zur Oxidation neigen – Fischöl, Astaxanthin, fettlösliche Vitamine, CoQ10 und viele Pflanzenextrakte. HPMC hat bei gleicher Schalendicke und gleichem Feuchtigkeitsgehalt eine geringere Sauerstoffdurchlässigkeit als Gelatine.
Eine im veröffentlichten Studie Internationale Zeitschrift für Pharmazeutik zeigten, dass in HPMC-Hartkapseln eingekapselte Füllungen nach beschleunigten Stabilitätstests im Vergleich zu identischen Füllungen in Hartgelatinekapseln deutlich niedrigere Peroxidwerte (ein Maß für die Lipidoxidation) aufwiesen. Während die Kapselhülle in den meisten Verpackungssystemen nicht die primäre Sauerstoffbarriere darstellt – diese Rolle kommt der Flasche oder dem Blister zu – bietet die geringere Durchlässigkeit von HPMC bei Produkten, bei denen die Kapsel selbst die letzte Verteidigungslinie vor der Füllung darstellt, einen messbaren Vorteil.
Bei flüssigkeitsgefüllten Hartkapseln (LFHC), bei denen eine flüssige oder halbfeste Füllung in einer mit einem Band versehenen Hartkapsel versiegelt ist, werden die Barriereeigenschaften der Hülle noch wichtiger, da die Füllung in direktem und kontinuierlichem Kontakt mit der Innenoberfläche der Hülle steht. HPMC-LFHC-Systeme werden für empfindliche Formulierungen auf Lipidbasis verwendet, bei denen die geringere Feuchtigkeits- und Sauerstoffdurchlässigkeit von HPMC spürbare Vorteile bei der Haltbarkeit bietet.
Nicht alle Wirkstoffe sind mit beiden Kapseltypen gleichermaßen verträglich. Das Verständnis der Füll-Shell-Kompatibilität verhindert Stabilitätsfehler, Bioverfügbarkeitsprobleme und behördliche Ablehnungen.
Die Kosten sind ein echter Faktor bei der Kapselauswahl, insbesondere bei großvolumigen Produkten. Gelatinekapseln profitieren von einer ausgereiften, groß angelegten globalen Lieferkette. Große Hersteller – Capsugel (heute Teil von Lonza), Qualicaps, ACG und Suheung – produzieren Gelatinekapseln in enormen Mengen, was die Stückkosten senkt. Für eine Standard-Hartgelatinekapsel der Größe 0, die in kommerziellen Mengen gekauft wird, liegt der Preis je nach Volumen und Spezifikation typischerweise zwischen 8 und 15 USD pro tausend Einheiten.
HPMC-Kapseln kosten in der Regel 20–50 % mehr pro Einheit als vergleichbare Gelatinekapseln . Bei einem Produkt mit einer Portionsgröße von 60 Kapseln, das im Einzelhandel für 30–40 US-Dollar verkauft wird, ist dieser Kostenunterschied normalerweise verkraftbar. Bei einem handelsüblichen Nahrungsergänzungsmittel, das für 8–10 USD pro Flasche verkauft wird, kann der Unterschied bei den Kapselkosten einen erheblichen Einfluss auf die Marge haben. Bei der Kostenberechnung sollten jedoch auch potenzielle Einsparungen durch eine geringere Verpackungskomplexität (weniger Trockenmittel, einfachere Folienanforderungen), weniger stabilitätsbedingte Neuformulierungen und den Marktzugang zu Premium-vegetarischen und veganen Verbrauchersegmenten, die bereit sind, einen höheren Einzelhandelspreis zu zahlen, berücksichtigt werden.
Aus regulatorischer Kostensicht sind HPMC-Kapseln sowohl in USP als auch in Ph.Eur gut etabliert. Monographien und sind in der Inactive Ingredient Database der FDA für orale Darreichungsformen enthalten. Die Umstellung von Gelatine auf HPMC in einem pharmazeutischen Produkt erfordert möglicherweise eine ergänzende Einreichung oder Änderungsmeldung, aber dies stellt im Allgemeinen kein großes Hindernis für gut charakterisierte Produkte dar.
Sowohl Gelatine- als auch HPMC-Kapseln sind mit Standard-Hochgeschwindigkeits-Kapselfüllmaschinen kompatibel, einschließlich Dosierern mit intermittierender und kontinuierlicher Bewegung sowie Füllern mit Stopfstiften. Es gibt jedoch praktische Unterschiede in der Handhabung, die Formulierer und Vertragshersteller berücksichtigen sollten.
HPMC-Kapseln weisen unter trockenen Bedingungen im Vergleich zu Gelatine tendenziell eine etwas geringere mechanische Bruchdehnung auf, was bedeutet, dass bei Abfüllmaschinen, die bei niedriger relativer Luftfeuchtigkeit betrieben werden, die Bruchrate von Kapseln oder Kapseln geringfügig höher sein kann. Die meisten modernen Abfüllmaschinen können an die Abmessungen und Sprödigkeitsprofile von HPMC-Kapseln angepasst werden. Bei der Umstellung von Gelatine auf HPMC auf einer bestehenden Linie ist jedoch ein Produktionsversuch ratsam.
HPMC-Kapseln weisen außerdem im Vergleich zu Gelatine einen leicht unterschiedlichen Reibungskoeffizienten auf, was sich auf die Kapselausrichtung und den Transport auf vibrierenden Sortierschalen auswirken kann. Auch hier handelt es sich um eine beherrschbare Variable, mit der die meisten erfahrenen Kapselabfüllbetriebe konfrontiert und angegangen sind.
Für Flüssigkeitsfüllanwendungen mit Hartkapseln ist bei HPMC-Hüllen ein Banderolieren (ein dünner Streifen HPMC-Lösung, der um die Verbindung zwischen Kappe und Körper aufgetragen wird) erforderlich, um die Kapsel gegen Flüssigkeitsaustritt abzudichten. Gelatinekapseln können auch banderoliert werden, der Vorgang ist jedoch im Wesentlichen derselbe. Spezialgeräte wie das Capsugel LiquigelTM-System wurden speziell für die Verwendung mit HPMC für Flüssigkeitsfüllanwendungen entwickelt.
Basierend auf den oben beschriebenen technischen Eigenschaften stellen die folgenden Szenarien klare Anhaltspunkte für die Wahl von HPMC-Kapseln dar:
Umgekehrt bleiben Gelatinekapseln eine vernünftige Wahl, wenn die Füllung nicht reaktiv und nicht hygroskopisch ist, der Zielverbraucher keine Ernährungseinschränkungen hat, die tierische Inhaltsstoffe ausschließen, eine schnelle Auflösung in der Magenflüssigkeit das primäre Designziel ist, Kostenminimierung von entscheidender Bedeutung ist oder es sich bei dem Produkt um ein Softgel handelt (wobei die HPMC-basierte Softgel-Technologie noch weniger ausgereift und weniger weit verbreitet ist als Gelatine-Softgels).
Während bei den meisten Formulierungen die Wahl zwischen Gelatine und HPMC liegt, ist es erwähnenswert, dass es auch andere Kapselhüllenmaterialien gibt. Pullulan-Kapseln, hergestellt aus einem vom Pilz produzierten Polysaccharid Aureobasidium pullulans , sind ebenfalls pflanzlich und bieten eine außergewöhnlich geringe Sauerstoffdurchlässigkeit – ca. 300-mal niedriger als bei HPMC nach Angaben der Plantcaps-Produktlinie von Capsugel. Pullulan-Kapseln werden für hochwertige, oxidationsempfindliche Formulierungen verwendet, sind jedoch deutlich teurer als Gelatine oder HPMC.
Kapseln auf Stärkebasis sind eine weitere Option, die in einigen Märkten verwendet wird, und Fischgelatinekapseln bieten eine Halal-kompatible Alternative zu Schweine- oder Rindergelatine für Verbraucher, die Landtiere meiden, sich aber nicht streng vegetarisch ernähren. Jedes davon stellt eine Nischenlösung für spezifische Formulierungen oder Marktanforderungen dar, aber HPMC-Kapseln bleiben weltweit die dominierende Nicht-Gelatine-Option sowohl für Nahrungsergänzungsmittel als auch für pharmazeutische Anwendungen.
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