Softgel vs. Hartkapsel bei der Flüssigkapselbefüllung: Welche ist die richtige für Ihr Produkt?

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

Bei der Entwicklung eines mit Flüssigkeit gefüllten Kapselprodukts stehen Hersteller in der Regel vor einer wichtigen Entscheidung: Sollte die Formulierung in eine Softgel- oder eine Hartkapsel abgefüllt werden? Dieser Artikel bietet einen umfassenden Vergleich von Softgel- und Hartkapseln bei Flüssigfülltechnologien, um Ihnen zu helfen, zu bestimmen, welche Lösung 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 ihrer Flüssigkapsel-Füllprozesse und die Bestimmung, welche Arten von Flüssigformulierungen 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 verschlossene Kapsel mit einer weichen und flexiblen Hülle. Während der Herstellung wird die Hülle in einem einzigen Arbeitsgang um die Flüssigfüllung geformt und versiegelt. Diese nahtlose Struktur bietet eine ausgezeichnete 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 auch gelatinefreie Softgels mit pflanzenbasierten Polymeren wie modifizierten Stärken oder Carrageen entwickelt.

Softgel-Kapsel

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

Hartkapselhüllenwurden traditionell aus Gelatine hergestellt, aber HPMC (Hydroxypropylmethylcellulose) und Pullulan-Kapseln erfreuen sich in den letzten Jahren zunehmender Beliebtheit. Diese pflanzenbasierten Materialien bieten Vorteile wie eine geringere Feuchtigkeitsempfindlichkeit und werden häufig für vegetarische Produkte oder feuchtigkeitsempfindliche Formulierungen verwendet.

Mit Flüssigkeit gefüllte Hartkapsel

1.2 Herstellungsprinzip

Softgels werden mithilfe des Rotary-Die-Verkapselungsverfahrens hergestellt, das Kapselbildung, Flüssigfüllung und Versiegelung in einem einzigen kontinuierlichen Arbeitsgang integriert. Während der Produktion wird geschmolzene Gelatine zu zwei kontinuierlichen Bändern gegossen, die in rotierende Formwalzen geführt werden. Wenn sich die Formtaschen schließen, injiziert eine Dosierpumpe ein präzise kontrolliertes Volumen der Flüssigkeit zwischen die Gelatinebänder. Die rotierenden Formen formen, versiegeln und schneiden anschließend gleichzeitig einzelne Kapseln, wodurch in einem Schritt ein hermetisch verschlossenes Softgel entsteht.

Im Gegensatz dazu folgen Hartkapseln einem zweistufigen Herstellungsansatz. Die leeren Kapselhüllen werden separat hergestellt und als fertige zweiteilige Kapseln geliefert. Während der Flüssigfüllung 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 Flüssigkapsel-Füllung bei Softgel und Hartkapsel erreicht?

Aufgrund des strukturellen Unterschieds zwischen Softgel und Hartkapsel unterscheidet sich der Prozess der Flüssigkapsel-Füllung erheblich. Die Softgel-Herstellung basiert auf einer Softgel-Verkapselungsmaschine, die mit Gelatineband-Gießsystemen, rotierenden Formen und einem Injektionskeil ausgestattet ist. Mit Flüssigkeit gefüllte Hartkapseln werden mithilfe einer Flüssigkapsel-Füll- und Versiegelungsmaschinehergestellt, die präzise Flüssigkeitsdosierung mit Technologien zum Schließen und Versiegeln von Kapseln integriert.

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

2.1 Softgel-Verkapselungsmaschine

Die Befüllung von Softgel-Kapseln mit Flüssigkeit erfolgt mit einer Softgel-Kapselmaschine, die üblicherweise auf dem Verfahren der Rotationsstempelverkapselung basiert. Im Gegensatz zu einer Kapselabfüllmaschine befüllt 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 vermischt. Die Mischung wird vakuumentgast, um eingeschlossene Luftblasen zu entfernen, und bei einer kontrollierten Temperatur gehalten, um vor der Verkapselung eine stabile Viskosität sicherzustellen. Gleichzeitig wird die Flüssigkeit in einem separaten Haltetank vorbereitet und durch Mischen oder sanftes Erwärmen bei Bedarf homogen gehalten.

Schritt 2. Bildung der Gelatinebänder

Die geschmolzene Gelatine fließt aus dem Tank in die Verteilkästen, 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 zu erhalten, da Dickenabweichungen die Kapselstärke, die Versiegelungsqualität und das Erscheinungsbild direkt beeinflussen können.

Schritt 3. Ausrichtung der Bänder

Nach dem Verlassen der Kühltrommeln bewegen sich die beiden Gelatinebänder durch eine Reihe von Führungsrollen in Richtung der Verkapselungszone. Vor dem Erreichen der Rotationsstempel wird eine sehr dünne Schicht lebensmittelgeeigneten Schmiermittels 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.

Form der Rich Packing Softgel-Kapselmaschine

Schritt 4. Präzise Befüllungsinjektion

Im Zentrum der Maschine befindet sich der Injektionskeil, eine der kritischsten Komponenten des Softgel-Verkapselungssystems. Eine hochpräzise Dosierpumpe führt die flüssige Formulierung kontinuierlich durch Kanäle im beheizten Keil zu. Während die beiden Gelatinebänder an beiden Seiten des Keils vorbeilaufen, wird ein präzise abgemessenes Flüssigkeitsvolumen zwischen sie injiziert. Der während der Injektion erzeugte Druck bewirkt, dass sich die Gelatinebänder in die Hohlräume der Rotationsstempel ausdehnen, wodurch ein genaues Füllvolumen und eine ausgezeichnete Inhaltsgleichmäßigkeit gewährleistet werden.

Schritt 5. Kapselbildung, Versiegelung und Schneiden

Unmittelbar nach der Injektion gelangen die gefüllten Gelatinebänder in den Rotationsstempelbereich. Die beiden gegenläufig rotierenden Stempel enthalten präzise gefertigte kapselähnliche Hohlräume. Wenn sich die entsprechenden Stempeltaschen 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 heraus.

Schritt 6. Kapselauswurf

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

Softgel-Ausgabe

Schritt 7. Trocknung

Frische Softgels durchlaufen einen zweistufigen Trocknungsprozess. Zunächst werden sie in Trommeltrockner übertragen, wo eine sanfte Rotation in Kombination mit einem hohen Luftstrom Oberflächenfeuchtigkeit entfernt und verhindert, dass die Kapseln zusammenkleben. Anschließend werden die Kapseln auf Trocknungsschalen verteilt oder in kontrollierte Trocknungstunnel bzw. -räume transportiert, wo Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftstrom geregelt werden, bis die Hülle ihren endgültigen Feuchtigkeitsgehalt und ihre mechanische Festigkeit erreicht.

Die Softgel-Kapselmaschine von Rich Packing

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-Füllmaschine von 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 Kapselabfüllmaschine gelangen. Ein Vakuum-Trennsystem trennt anschließend den Kapseldeckel vom Kapselkörper, während beide Teile präzise in dafür vorgesehenen Halterungen positioniert bleiben.

Abhängig vom Kapselmaterial, wie Gelatine, HPMC oder Pullulan, werden die Trennkraft und das 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 Flüssigkeitsbefüllung 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. Präzise Flüssigkeitsbefüllung

Nach der Prüfung bewegt sich der Kapselkörper zur Befüllstation. Die flüssige Formulierung wird aus einem temperaturgeregelten Trichter zugeführt, um während der gesamten Produktion eine stabile Viskosität zu gewährleisten. 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 der Kapselindexierung und der Pumpenbewegung gewährleistet eine hervorragende Genauigkeit des Füllgewichts und verhindert gleichzeitig Tropfenbildung oder Verunreinigungen am Kapselrand.

Schritt 4. Kapselverriegelung

Die Kapselkappe wird präzise wieder auf den gefüllten Kapselkörper aufgesetzt. Ein Verriegelungsmechanismus drückt anschließend die beiden Kapselhälften zusammen, bis die Verriegelungsringe sicher einrasten. Zu diesem Zeitpunkt besitzt die Kapsel eine ausreichende mechanische Festigkeit für die Handhabung, jedoch ist die Verbindung zwischen Kappe und Körper 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 Kapselkappe und -körper aufgetragen wird.

Die Versiegelungslösung wird auf 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, umschließt ein dünnes, durchgehendes Band aus warmer Versiegelungslösung die Kapselnaht vollständig, füllt mikroskopische Spalten zwischen den beiden Schalenhälften und erzeugt nach dem Trocknen einen durchgehenden Versiegelungsring.

Schritt 6. Lufttrocknung

Unmittelbar nach der Versiegelung enthält das Gelatineband noch eine relativ hohe Feuchtigkeitsmenge und hat noch nicht seine endgültige mechanische Festigkeit entwickelt. Die Kapseln gelangen daher in ein Umlufttrocknungssystem, in dem sorgfältig kontrollierter Luftstrom, Temperatur und Luftfeuchtigkeit 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 Weichkapseln

Weichkapseln 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 Weichkapseln unmittelbar während der Verkapselung versiegelt werden, eignen sie sich besonders für:

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

3.2 Geeignete Flüssigkeiten für Hartkapseln

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

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

4. Produktionsszenarien für zwei Arten der Befüllung von Flüssigkapseln

Die Wahl zwischen Softgel- und Hartkapseln bei der Befüllung von Flüssigkapseln wird nicht ausschließlich durch die Formulierung selbst bestimmt. Hersteller sollten auch Produktionsmaßstab, Entwicklungsphase, Verfügbarkeit von 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 attraktives Erscheinungsbild erfordern.

Flüssiggefüllte Hartkapseln bieten hingegen 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 Herstellung im kleinen bis mittleren Maßstab sowie 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 Herstellern fundierte Entscheidungen, die Produktqualität, Produktionseffizienz und langfristige Kapitalrendite verbessern. Da flüssige Darreichungsformen sowohl auf pharmazeutischen als auch auf nutraceutischen Märkten weiterhin an Popularität gewinnen, bleibt die Auswahl der richtigen Kapseltechnologie ein entscheidender Faktor für eine zuverlässige, effiziente und wettbewerbsfähige Produktion.

6. Häufig gestellte Fragen

1. Können Hartkapseln mit Flüssigkeit befüllt werden?

Ja. Flüssiggefüllte Hartkapseln sind speziell für Öle, Pflanzenextrakte, Lipidformulierungen und andere flüssige oder halbflüssige Produkte konzipiert. Nach der Befüllung werden die Kapseln mit Technologien wie der Banderolierung versiegelt, um ein Auslaufen zu verhindern.

2. Welche Arten von Flüssigkeiten eignen sich für Softgels?

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

3. Können hitzeempfindliche Flüssigkeiten in Hartkapseln gefüllt werden?

Ja. Die meisten flüssiggefüllten 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 flüssiggefüllte Hartkapseln eine zusätzliche Versiegelung?

Ja. Im Gegensatz zu Softgel-Kapseln bestehen Hartkapseln aus zwei getrennten Hüllenhälften, sodass nach dem Befüllen ein zusätzlicher Versiegelungsprozess erforderlich ist. Dies verbessert die Auslaufsicherheit, die Produktstabilität und die 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 Produktionsphasen.