Softgel vs. Hartkapsel bei der Befüllung von Flüssigkapseln: Welche ist die richtige für Ihr Produkt?

Flüssigkeitsgefüllte Kapseln erfreuen sich in der Pharma- und Nahrungsergänzungsmittelindustrie zunehmender Beliebtheit. Im Vergleich zu herkömmlichen pulvergefüllten Kapseln bieten flüssige Formulierungen häufig eine höhere Bioverfügbarkeit, eine bessere Dosiergleichmäßigkeit, eine schnellere Auflösung und eine verbesserte Patientenakzeptanz. Sie eignen sich besonders für schlecht wasserlösliche Wirkstoffe, Öle und selbstemulgierende Arzneimittelabgabesysteme (SEDDS).

Bei der Entwicklung eines Produkts mit flüssigkeitsgefüllten Kapseln stehen Hersteller in der Regel vor einer wichtigen Entscheidung: Soll die Formulierung in eine Softgel- oder eine Hartkapsel gefüllt werden? Dieser Artikel bietet einen umfassenden Vergleich von Softgel und Hartkapsel bei Flüssigfülltechnologien, um Ihnen zu helfen, die Lösung zu bestimmen, die am besten zu Ihrem Produkt passt.

1. Softgel vs. Hartkapsel: Was ist der Unterschied?

Das Design der Kapselhülle bestimmt nicht nur, wie die Flüssigkeit verkapselt wird, sondern auch, welche Ausrüstung verwendet werden kann, wie der Versiegelungsprozess durchgeführt wird und welche Arten von Formulierungen eingefüllt werden können. Diese Unterschiede beeinflussen direkt die Produktionseffizienz, die Formulierungskompatibilität und die Investition.

Daher bildet das Verständnis der Kapselstruktur und des Herstellungsprinzips die Grundlage für die Bewertung der Flüssigkapsel-Befüllungsprozesse und die Bestimmung, welche Arten von flüssigen Formulierungen für jedes Kapselsystem am besten geeignet sind.

1.1 Kapselstruktur

Der offensichtlichste Unterschied zwischen Softgels und Hartkapseln liegt in ihrer Hüllenstruktur und ihren Materialien.

Ein Softgel ist eine einteilige, hermetisch versiegelte Kapsel mit einer weichen und flexiblen Hülle. Während der Herstellung wird die Hülle in einem einzigen Vorgang um die Flüssigkeitsfüllung geformt und versiegelt. Diese nahtlose Struktur bietet eine hervorragende Beständigkeit gegen Auslaufen, Sauerstoffeintritt und Feuchtigkeitsdurchdringung.

Traditionell werden Softgel-Hüllen aus Gelatine, Wasser und Weichmachern wie Glycerin oder Sorbit hergestellt, die der Hülle ihre Elastizität verleihen. Um vegetarische, vegane oder religiöse Anforderungen zu erfüllen, haben Hersteller außerdem gelatinefreie Softgels mit pflanzenbasierten Polymeren wie modifizierten Stärken oder Carrageen entwickelt.

Eine Hartkapsel besteht dagegen aus zwei separaten Komponenten – einem Kapselunterteil und einem Kapseldeckel. Leere Kapseln werden im Voraus hergestellt, und die flüssige Formulierung wird in den Kapselkörper gefüllt, bevor der Deckel verriegelt und versiegelt wird. Da die Hülle eine natürliche Verbindungsstelle zwischen Deckel und Körper aufweist, ist bei Anwendungen mit Flüssigkeitsfüllung im Allgemeinen ein zusätzlicher Versiegelungsprozess erforderlich, um ein Auslaufen während Lagerung und Transport zu verhindern.

Hartkapselhüllen wurden traditionell aus Gelatine hergestellt, aber HPMC (Hydroxypropylmethylcellulose) und Pullulan-Kapseln sind in den letzten Jahren zunehmend beliebt geworden. Diese pflanzenbasierten Materialien bieten Vorteile wie eine geringere Feuchtigkeitsempfindlichkeit und werden häufig für vegetarische Produkte oder feuchtigkeitsempfindliche Formulierungen eingesetzt.

1.2 Herstellungsprinzip

Softgels werden mithilfe des Rotary-Die-Verkapselungsverfahrens hergestellt, das Kapselbildung, Flüssigkeitsfüllung und Versiegelung in einem einzigen kontinuierlichen Vorgang integriert. Während der Produktion wird geschmolzene Gelatine in zwei kontinuierliche Bänder gegossen, die zu rotierenden Formwalzen geführt werden. Wenn sich die Formtaschen schließen, injiziert eine Dosierpumpe ein präzise kontrolliertes Flüssigkeitsvolumen zwischen die Gelatinebänder. Die rotierenden Formen formen, versiegeln und schneiden anschließend gleichzeitig einzelne Kapseln und erzeugen so in einem Schritt ein hermetisch versiegeltes Softgel.

Im Gegensatz dazu folgen Hartkapseln einem zweistufigen Herstellungsansatz. Die leeren Kapselhüllen werden separat hergestellt und als fertige zweiteilige Kapseln geliefert. Während der Flüssigkeitsbefüllung werden Kapselkörper und -deckel zunächst getrennt, die flüssige Formulierung wird in den Kapselkörper dosiert und die Kapsel anschließend geschlossen und verriegelt. Da eine natürliche Verbindungsstelle zwischen Deckel und Körper bestehen bleibt, ist typischerweise ein zusätzlicher Versiegelungsvorgang erforderlich, um ein Auslaufen zu verhindern.

2. Wie wird die Befüllung von Flüssigkapseln bei Softgel und Hartkapsel erreicht?

Aufgrund des strukturellen Unterschieds zwischen Softgel und Hartkapsel unterscheiden sich die Prozesse zur Befüllung von Flüssigkapseln erheblich. Die Softgel-Herstellung basiert auf einer Softgel-Verkapselungsmaschine, die mit Gelatineband-Gießsystemen, rotierenden Formen und einem Injektionskeil ausgestattet ist. Flüssigkeitsgefüllte Hartkapseln werden mit einer Maschine zur Befüllung und Versiegelung von Flüssigkapselnhergestellt, die präzise Flüssigkeitsdosierung mit Technologien zum Verschließen und Versiegeln von Kapseln integriert.

Das Verständnis der Funktionsweise dieser beiden Maschinen hilft Herstellern, die geeignetste Technologie für ihre Produktionsanforderungen auszuwählen.

2.1 Softgel-Verkapselungsmaschine

Die Flüssigfüllung von Softgels wird mit einer Softgel-Kapselmaschine durchgeführt, die üblicherweise auf dem Rotary-Die-Kapselverfahren basiert. Im Gegensatz zu einer Kapselbefüllmaschine füllt diese Maschine keine vorgefertigten Kapseln. Stattdessen stellt sie die Kapselhülle her, injiziert die Flüssigkeit und versiegelt jede Kapsel in einem vollständig integrierten Prozess.

Der Verkapselungsprozess kann in die folgenden Schritte unterteilt werden.

Schritt 1. Gelatinevorbereitung

Der Prozess beginnt mit der Vorbereitung der Gelatinemasse. Gelatine wird in einem beheizten Schmelztank mit gereinigtem Wasser, Weichmachern wie Glycerin oder Sorbitol sowie optionalen Farbstoffen oder Trübungsmitteln gemischt. Die Mischung wird unter Vakuum entgast, um eingeschlossene Luftblasen zu entfernen, und auf einer kontrollierten Temperatur gehalten, um vor der Verkapselung eine stabile Viskosität sicherzustellen. Gleichzeitig wird die Flüssigkeit in einem separaten Vorratstank vorbereitet und durch Mischen oder schonendes Erwärmen bei Bedarf homogen gehalten.

Schritt 2. Bildung der Gelatinebänder

Die geschmolzene Gelatine fließt aus dem Tank in die Verteilerkästen, wo sie gleichmäßig auf zwei große, wassergekühlte rotierende Trommeln verteilt wird. Während sich die Trommeln drehen, kühlt die Gelatine schnell ab und verfestigt sich zu zwei kontinuierlichen Bändern mit präzise kontrollierter Dicke. Kühlluft und Temperatur werden sorgfältig geregelt, um die Gleichmäßigkeit der Bänder aufrechtzuerhalten, da Schwankungen der Dicke die Kapselstärke, Versiegelungsqualität und das Erscheinungsbild direkt beeinflussen können.

Schritt 3. Ausrichtung der Bänder

Nach dem Verlassen der Kühltrommeln laufen die beiden Gelatinebänder durch eine Reihe von Führungsrollen zur Verkapselungszone. Vor dem Erreichen der Rotationsmatrizen wird eine sehr dünne Schicht lebensmittelechtes Schmiermittel auf die Bänder aufgetragen, um ein Anhaften an Metallkomponenten während Transport und Versiegelung zu verhindern. Anschließend laufen die beiden Bänder von gegenüberliegenden Seiten der Maschine mit präziser Ausrichtung zusammen und bereiten sich auf die Kapselbildung vor.

Schritt 4. Präzise Füllinjektion

Im Zentrum der Maschine befindet sich der Injektionskeil, eine der wichtigsten Komponenten des Softgel-Verkapselungssystems. Eine hochpräzise Dosierpumpe fördert die Flüssigformulierung kontinuierlich durch Kanäle im beheizten Keil. Während die beiden Gelatinebänder auf beiden Seiten des Keils vorbeilaufen, wird ein präzise bemessenes Flüssigkeitsvolumen zwischen sie injiziert. Der während der Injektion erzeugte Druck lässt die Gelatinebänder in die Vertiefungen der Rotationsmatrizen ausdehnen und gewährleistet ein genaues Füllvolumen sowie eine ausgezeichnete Inhaltsgleichmäßigkeit.

Schritt 5. Kapselbildung, Versiegelung und Schneiden

Unmittelbar nach der Injektion gelangen die gefüllten Gelatinebänder in den Rotationsmatrizenbereich. Die beiden gegenläufig rotierenden Matrizen enthalten präzise gefertigte kapselähnliche Vertiefungen. Wenn sich die entsprechenden Matrizenvertiefungen schließen, formen Hitze und Druck gleichzeitig die Kapsel, versiegeln die beiden Gelatinebänder hermetisch um die Flüssigkeit und schneiden die fertige Kapsel aus dem umgebenden Gelatinenetz aus.

Schritt 6. Auswerfen der Kapseln

Nach dem Verlassen der Rotationsmatrizen trennen Abstreifrollen die neu geformten Softgels vorsichtig vom überschüssigen Gelatineband. Die Kapseln werden auf ein Fördersystem ausgegeben, während das verbleibende Gelatinenetz gemäß dem Produktionsprozess zum Recycling oder zur Entsorgung gesammelt wird. In diesem Stadium sind die Kapseln vollständig versiegelt, bleiben jedoch aufgrund ihres relativ hohen Feuchtigkeitsgehalts weich.

Schritt 7. Trocknung

Frische Softgels durchlaufen einen zweistufigen Trocknungsprozess. Zunächst werden sie in Trommeltrockner überführt, wo eine sanfte Rotation in Kombination mit einem hohen Luftstrom Oberflächenfeuchtigkeit entfernt und verhindert, dass die Kapseln zusammenkleben. Anschließend werden die Kapseln auf Trocknungstabletts verteilt oder in kontrollierte Trocknungstunnel oder Räume bewegt, in denen Temperatur, Feuchtigkeit und Luftstrom geregelt werden, bis die Hülle ihren endgültigen Feuchtigkeitsgehalt und ihre mechanische Festigkeit erreicht.

2.2 Flüssigkapsel-Füll- und Versiegelungsmaschine

Im Gegensatz zur Softgel-Herstellung produziert eine Flüssigkapsel-Füll- und Versiegelungsmaschine die Kapselhülle nicht selbst. Stattdessen füllt sie flüssige Formulierungen in vorgefertigte Hartkapseln und versiegelt anschließend die Kapselverbindung, um ein Auslaufen zu verhindern.

NJY-1000C Flüssigkapsel-Füllmaschinevon Rich Packing

Ein typischer Prozess zum Füllen und Versiegeln von Flüssigkapseln umfasst die folgenden Schritte.

Schritt 1. Kapselzuführung und Trennung

Der Prozess beginnt mit der automatischen Kapselzuführung. Leere Kapseln werden in den Trichter geladen und ausgerichtet, bevor sie in die Kapselbefüllmaschine gelangen. Ein Vakuum-Trennsystem trennt anschließend den Kapseldeckel vom Kapselkörper, während beide Teile genau in speziellen Haltern positioniert bleiben.

Je nach Kapselmaterial, wie Gelatine, HPMC oder Pullulan, werden Trennkraft und Vakuumniveau sorgfältig kontrolliert, um eine Verformung oder Beschädigung der Kapseln zu vermeiden und gleichzeitig einen stabilen Hochgeschwindigkeitsbetrieb aufrechtzuerhalten.

Schritt 2. Kapselprüfung und Ausschleusung

Bevor die Kapseln zur Flüssigfüllung weiterlaufen, verfügen viele Flüssigkapsel-Füllmaschinen über eine automatische Prüf- und Ausschleusstation.

Sensoren überwachen wichtige Produktionsparameter wie

• Fehlende Kapselkörper
• Fehlende Kapseldeckel
• Unsachgemäße Kapseltrennung

Jede fehlerhafte Kapsel wird automatisch ausgeschleust, bevor sie in den nachgelagerten Versiegelungsprozess gelangt. Diese frühzeitige Ausschleusung verbessert nicht nur die Qualität des Endprodukts, sondern verhindert auch eine Verunreinigung des Versiegelungsklebstoffs und reduziert unnötigen Materialabfall.

Schritt 3. Präzises Flüssigfüllen

Nach der Prüfung bewegt sich der Kapselkörper zur Füllstation. Die Flüssigformulierung wird aus einem temperaturkontrollierten Trichter zugeführt, um während der gesamten Produktion eine stabile Viskosität aufrechtzuerhalten. Je nach Eigenschaften der Formulierung kann die Maschine ausgestattet sein mit:

• Keramikkolbenpumpen für hochpräzise volumetrische Dosierung
• Peristaltikpumpen für sterile oder empfindliche Formulierungen
• Servogesteuerte Dosierpumpen für die Hochgeschwindigkeitsproduktion

Jede Fülldüse gibt ein präzise kontrolliertes Flüssigkeitsvolumen in den Kapselkörper ab. Die Synchronisierung zwischen Kapselindexierung und Pumpenbewegung gewährleistet eine ausgezeichnete Füllgewichtgenauigkeit und verhindert gleichzeitig Tropfenbildung oder Verunreinigung am Kapselrand.

Schritt 4. Kapselverriegelung

Der Kapseldeckel wird präzise wieder auf den gefüllten Kapselkörper aufgesetzt. Anschließend presst ein Verriegelungsmechanismus die beiden Kapselhälften zusammen, bis die Verriegelungsringe sicher ineinandergreifen. Zu diesem Zeitpunkt verfügt die Kapsel über eine ausreichende mechanische Festigkeit für die Handhabung, aber die Verbindung zwischen Deckel und Körper ist noch nicht vollständig flüssigkeitsdicht, insbesondere bei ölhaltigen oder niedrigviskosen Formulierungen.

Schritt 5. Kapselversiegelung

Die verriegelten Kapseln gelangen in die Versiegelungsstation, wo eine Versiegelungslösung auf Gelatinebasis (oder eine Versiegelungslösung auf HPMC-Basis für vegetarische Kapseln) gleichmäßig um die Verbindungsstelle zwischen Kapseldeckel und Kapselkörper aufgetragen wird.

Die Versiegelungslösung wird bei einer erhöhten Temperatur gehalten, typischerweise 40–60 °C, um eine geeignete Viskosität und eine gute Benetzung der Kapseloberfläche sicherzustellen. Während die Kapseln durch die Versiegelungsstation rotieren, umgibt ein dünnes, durchgehendes Band aus warmer Versiegelungslösung die Kapselnaht vollständig, füllt mikroskopische Lücken zwischen den beiden Schalenhälften und bildet nach dem Trocknen einen durchgehenden Versiegelungsring.

Schritt 6. Lufttrocknung

Unmittelbar nach der Versiegelung enthält das Gelatineband noch eine relativ hohe Menge an Feuchtigkeit und hat seine endgültige mechanische Festigkeit noch nicht entwickelt. Daher gelangen die Kapseln in ein Zwangsluft-Trocknungssystem, in dem sorgfältig kontrollierter Luftstrom, Temperatur und Feuchtigkeit die Verdunstung der Feuchtigkeit aus dem Versiegelungsband beschleunigen, ohne den Kapselinhalt zu überhitzen.

NYJ-330C Flüssigkapsel-Füllmaschine von Rich Packing

3. Auswahl der richtigen Kapsel für die Versiegelungsmaschine

Die Auswahl der geeigneten Kapsel hängt weitgehend von den physikalischen und chemischen Eigenschaften der flüssigen Formulierung ab.

Wichtige Überlegungen umfassen:

• Viskosität
• Flüchtigkeit
• Oxidationsempfindlichkeit
• Feuchtigkeitsempfindlichkeit
• Thermische Stabilität
• Anforderungen an die Füllgenauigkeit
• Erwartete Haltbarkeit

3.1 Geeignete Flüssigkeiten für Softgel-Kapseln

Softgel-Kapseln können eine breite Palette von flüssigen und halbfesten Formulierungen aufnehmen. Typische Formulierungen umfassen:

• Fischöl
• Omega-3-Öle
• Vitamin E
• Pflanzenöle
• Suspensionen mit feinen Partikeln
• Halbfeste Pasten
• Hochviskose Gele
• Selbstemulgierende Arzneimittelabgabesysteme (SEDDS)

Da Softgel-Kapseln unmittelbar während der Verkapselung versiegelt werden, sind sie besonders geeignet für:

• Sauerstoffempfindliche Formulierungen
• Leicht oxidierbare Öle
• Hochflüchtige Inhaltsstoffe
• Feuchtigkeitsempfindliche Formulierungen
• Hochviskose Materialien
• Formulierungen, die einen hervorragenden Auslaufschutz erfordern

3.2 Geeignete Flüssigkeiten für Hartkapseln

Flüssig gefüllte Hartkapseln eignen sich im Allgemeinen besser für Formulierungen mit mittlerer Viskosität und guter Fließfähigkeit. Typische Formulierungen umfassen:

• Öle mit mittlerer und niedriger Viskosität
• Flüssige Nutraceutika
• PEG-basierte Formulierungen
• Geschmolzene Lipidformulierungen
• Geschmolzene Wachsformulierungen
• Selbstemulgierende Systeme (SEDDS/SMEDDS)
• Pharmazeutische Lösungen

4. Produktionsszenarien für zwei Arten der Flüssigkapselbefüllung

Für eine umfassendere Übersicht auf Stationsebene zur Hartkapselproduktion siehe diesen Leitfaden zum Funktionsprinzip von Kapselbefüllmaschinen.

Für Projekte mit flüssiggefüllten Hartkapseln in Kleinserien vergleichen Sie die CGN-208L Flüssigkapselbefüllmaschine.

Die Wahl zwischen Softgel- und Hartkapseln bei der Flüssigkapselbefüllung wird nicht allein durch die Formulierung selbst bestimmt. Hersteller sollten auch Produktionsmaßstab, Entwicklungsphase, Verfügbarkeit der Ausrüstung, Investitionsbudget und Kommerzialisierungsstrategie berücksichtigen.

5. Fazit

Im Allgemeinen bleibt die Softgel-Verkapselung die bevorzugte Lösung für die kommerzielle Großserienfertigung, insbesondere für ölbasierte Formulierungen, hochviskose Flüssigkeiten und Produkte, die eine überlegene Versiegelungsleistung, einen ausgezeichneten Schutz vor Feuchtigkeit und Sauerstoff sowie ein ansprechendes Erscheinungsbild erfordern.

Flüssiggefüllte Hartkapseln hingegen bieten eine größere Fertigungsflexibilität. Durch die Kombination aus präziser Flüssigdosierung und Kapselversiegelungstechnologie ermöglichen sie Herstellern die Produktion einer breiten Palette von Flüssigformulierungen. Dadurch eignen sie sich besonders für Forschung und Entwicklung, klinische Studien, Pilotproduktion, die Fertigung im kleinen bis mittleren Maßstab sowie für Anlagen, die häufig zwischen Produkten oder Formulierungen wechseln.

Letztendlich gibt es keine universell „beste“ Technologie, sondern nur die Technologie, die am besten zu Ihrer Formulierung und Fertigungsstrategie passt. Das Verständnis der Unterschiede in Kapselstruktur, Produktionsprozess, Formulierungskompatibilität und Anwendungsszenarien ermöglicht es Herstellern, fundierte Entscheidungen zu treffen, die Produktqualität, Produktionseffizienz und langfristige Kapitalrendite verbessern. Da flüssige Darreichungsformen sowohl im pharmazeutischen als auch im Nutraceutika-Markt weiterhin an Popularität gewinnen, wird die Auswahl der richtigen Kapseltechnologie ein entscheidender Faktor für eine zuverlässige, effiziente und wettbewerbsfähige Produktion bleiben.

6. Häufig gestellte Fragen

1. Können Hartkapseln mit Flüssigkeit befüllt werden?

Ja. Flüssigkeitsgefüllte Hartkapseln sind speziell für Öle, Kräuterextrakte, Lipidformulierungen und andere flüssige oder halbflüssige Produkte entwickelt. Nach der Befüllung werden die Kapseln mithilfe von Technologien wie einer Bandversiegelung verschlossen, um ein Auslaufen zu verhindern.

2. Welche Arten von Flüssigkeiten sind für Softgels geeignet?

Softgels eignen sich besonders für Öle, hochviskose Flüssigkeiten, halbfeste Stoffe, Suspensionen sowie sauerstoff- oder feuchtigkeitsempfindliche Formulierungen. Ihre einteilige hermetische Struktur bietet einen hervorragenden Schutz vor Auslaufen und Oxidation.

3. Können hitzeempfindliche Flüssigkeiten in Hartkapseln eingefüllt werden?

Ja. Die meisten flüssigkeitsgefüllten Hartkapseln werden mit einem warmen Gelatine- oder HPMC-Versiegelungsband verschlossen, das nur auf die Kapselnaht aufgetragen wird und dadurch die Hitzeeinwirkung auf die Formulierung minimiert. Extrem hitzeempfindliche Inhaltsstoffe sollten jedoch vor der Produktion immer durch Kompatibilitätstests bewertet werden.

4. Erfordern flüssigkeitsgefüllte Hartkapseln eine zusätzliche Versiegelung?

Ja. Im Gegensatz zu Softgels bestehen Hartkapseln aus zwei getrennten Schalenhälften, daher ist nach der Befüllung ein zusätzlicher Versiegelungsprozess erforderlich. Dies verbessert die Auslaufsicherheit, Produktstabilität und Haltbarkeit.

5. Ist eine Softgel-Kapselmaschine dasselbe wie eine Flüssigkapsel-Füllmaschine?

Nein. Eine Softgel-Kapselmaschine formt, befüllt und versiegelt Kapseln in einem kontinuierlichen Prozess. Eine Flüssigkapsel-Füllmaschine befüllt vorgefertigte Hartkapseln und verschließt, versiegelt und trocknet sie anschließend in separaten Produktionsschritten.