Quelle est la différence entre les gélules de gélatine et les gélules HPMC ?

La différence fondamentale est simple : les capsules de gélatine sont fabriquées à partir de collagène d'origine animale, tandis que les capsules HPMC (capsules d'hydroxypropylméthylcellulose) sont à base de plantes . Cette seule distinction se traduit par des différences significatives en termes de teneur en humidité, de comportement de dissolution, de stabilité à la chaleur et à l'humidité, de compatibilité avec les remplissages hygroscopiques et d'adéquation aux marchés végétariens, végétaliens ou halal. Si vous choisissez une enveloppe de capsule pour un supplément ou un produit pharmaceutique, le choix entre ces deux types affectera votre formulation, votre durée de conservation, votre consommateur cible et votre structure de coûts.

Que sont Gélules de gélatine Fabriqué à partir de

Les capsules de gélatine constituent la norme de l’industrie depuis plus d’un siècle. Ils sont produits en transformant le collagène extrait des os, de la peau et du tissu conjonctif de sources bovines (bovins) ou porcines (porcs). Le collagène brut est hydrolysé, purifié et transformé en fines coques grâce à un processus de trempage. Le résultat est une coque transparente ou semi-transparente avec une texture lisse et un profil de dissolution bien compris.

Les capsules de gélatine dure, également appelées capsules en deux parties, se composent d'un corps et d'un capuchon qui s'emboîtent pour renfermer une poudre, une pastille ou un granulé. Les capsules de gélatine molle (softgels) sont des coques monobloc généralement utilisées pour les remplissages liquides ou semi-solides tels que l'huile de poisson, la vitamine E ou la CoQ10. Le processus de fabrication des gélules utilise une méthode de filière rotative, tandis que les capsules de gélatine dure sont remplies séparément après la production.

Les capsules de gélatine dure standard contiennent environ 13 à 16 % d'humidité. à l'équilibre. Cette humidité fait partie intégrante de l’intégrité mécanique de la coque : si elle est trop faible, la capsule devient cassante ; trop et il se ramollit et se déforme. Cette sensibilité à l’humidité est l’une des principales limites des coques de gélatine.

Que sont HPMC Capsules and How Are They Made

Les capsules HPMC, également appelées capsules végétariennes, capsules végétariennes ou capsules à base de plantes, sont fabriquées à partir d'hydroxypropylméthylcellulose, un polymère semi-synthétique dérivé de la cellulose, le composant structurel des parois cellulaires végétales. La cellulose est chimiquement modifiée par hydroxypropylation et méthylation pour produire un matériau filmogène soluble dans l’eau adapté à la production de capsules.

Il existe deux principaux types de capsules HPMC sur le marché. Le premier type utilise un agent gélifiant, généralement de la carraghénane ou de la gomme gellane, pour obtenir le comportement de gélification nécessaire pendant le processus de trempage et de séchage. Le deuxième type est une nouvelle génération de capsules HPMC qui utilise un mécanisme de gélification thermique : la HPMC elle-même se gélifie lors du chauffage, éliminant ainsi le besoin d'agents gélifiants supplémentaires. Ce deuxième type est souvent commercialisé sous le nom de « clean label » et peut être préféré par les formulateurs soucieux du carraghénane.

Les capsules HPMC ne contiennent généralement que 4 à 6 % d'humidité , ce qui est nettement inférieur à la gélatine. Cette faible teneur en humidité à l'équilibre est l'une des propriétés les plus importantes des coques HPMC, en particulier lorsque l'on travaille avec des ingrédients actifs sensibles à l'humidité.

Comparaison côte à côte des capsules de gélatine et HPMC

Le tableau ci-dessous résume les différences techniques et commerciales les plus critiques entre les deux types de capsules.

Comportement de dissolution : là où les deux types divergent

La dissolution est une préoccupation centrale dans la formulation pharmaceutique et nutraceutique. Les deux types de capsules se désintègrent et libèrent leur contenu dans des environnements aqueux, mais le mécanisme et la vitesse diffèrent d’une manière cliniquement et commercialement importante.

Comment la gélatine se dissout

La gélatine forme un gel thermoréversible. Dans le liquide gastrique, à température corporelle (37°C), les capsules de gélatine gonflent, se rompent et se dissolvent relativement rapidement. Dans les tests de désintégration standard utilisant du liquide gastrique simulé (SGF) à pH 1,2, les capsules de gélatine dure se désintègrent généralement à l'intérieur. 5 à 10 minutes . Cette vitesse est considérée comme favorable pour les formulations à libération immédiate où un effet rapide est nécessaire.

Cependant, la gélatine est vulnérable à un processus appelé réticulation. Lorsque le matériau de remplissage contient des aldéhydes, y compris des excipients courants comme la povidone (qui peut contenir des impuretés peroxydes formant des aldéhydes) ou certains extraits séchés par pulvérisation, ces composés réagissent avec les groupes amine des chaînes protéiques de la gélatine. Cette réticulation crée des liaisons covalentes supplémentaires dans la coque, la rendant résistante à la dissolution. Dans les cas extrêmes, une capsule de gélatine réticulée passera le test de désintégration visuellement intacte, formant ce que les régulateurs décrivent comme une « pellicule » – une membrane résistante et insoluble entourant le remplissage. Ce mode de défaillance est bien documenté dans les documents d’orientation de la FDA et a conduit à des rappels de produits.

Comment les capsules HPMC se dissolvent

Les capsules HPMC se dissolvent par un mécanisme différent. L'HPMC est soluble dans l'eau à froid et dans des conditions neutres à acides, mais gélifie lorsqu'elle est chauffée au-dessus d'environ 50 à 55 °C. À température corporelle (37°C), les capsules HPMC se dissolvent par hydratation et érosion progressive de la matrice de la coque. C'est intrinsèquement plus lent que la dissolution de la gélatine - La désintégration de la capsule HPMC dans le SGF prend généralement 10 à 20 minutes en fonction de la qualité spécifique et de l'agent gélifiant utilisé.

Il est important de noter que la HPMC n’est pas une protéine et ne possède donc aucun groupe amine disponible pour les réactions de réticulation. Cela signifie que les remplissages contenant des aldéhydes, les excipients générateurs de peroxyde et les extraits botaniques réactifs ne présentent aucun risque de réticulation pour les coques HPMC. Pour les formulateurs travaillant avec des ingrédients pharmaceutiques actifs (API) ou des extraits difficiles, il s’agit d’un avantage substantiel.

Les capsules HPMC présentent également une dissolution plus constante sur une plage de valeurs de pH. Dans certaines études, la dissolution des capsules de gélatine a ralenti de manière significative dans le liquide intestinal simulé (SIF) à pH 6,8 par rapport au SGF, tandis que la désintégration des capsules HPMC est restée relativement stable. Pour les produits destinés à diffuser leur contenu dans plusieurs compartiments GI, cette cohérence est précieuse.

Humidité et stabilité : une variable critique de la formulation

La gestion de l'humidité est l'un des aspects les plus négligés dans la sélection des capsules, et c'est là que les capsules HPMC offrent un avantage particulièrement clair et quantifiable pour certains remplissages.

Transfert d'humidité de la coque au remplissage

Les capsules de gélatine contiennent un réservoir d’eau important – jusqu’à 16 % en poids – qui peut migrer vers un remplissage hygroscopique au fil du temps. Pour un actif qui s’hydrolyse en présence d’eau (comme l’aspirine, certains peptides ou de nombreux probiotiques), ce transfert d’humidité peut dégrader le produit lors du stockage. Le degré de transfert d'humidité dépend du gradient d'activité de l'eau entre la coque et le remplissage, de la température de stockage et des conditions d'emballage.

Les capsules HPMC, avec seulement 4 à 6 % d'humidité d'équilibre, transfèrent beaucoup moins d'eau aux remplissages hygroscopiques. Pour les probiotiques en particulier, qui comptent parmi les produits les plus sensibles à l'humidité dans l'industrie des suppléments, les capsules HPMC sont devenues le choix dominant. La viabilité des probiotiques sur une durée de conservation de 24 mois peut différer d'un ordre de grandeur en fonction du type d'enveloppe de la capsule, l'HPMC surpassant systématiquement la gélatine lorsque les autres variables d'emballage restent constantes.

Comportement dans des environnements à forte humidité

Les capsules de gélatine deviennent molles et collantes à des niveaux d'humidité relative supérieurs à environ 60 à 65 %. Dans les climats tropicaux ou pendant les expéditions en saison chaude, cela peut conduire à ce que les capsules se collent les unes aux autres à l'intérieur des bouteilles, se déforment sous le poids du matériau de remplissage ou deviennent difficiles à manipuler sur les lignes de conditionnement. C'est pourquoi les produits en capsules de gélatine destinés aux marchés d'Asie du Sud-Est, d'Asie du Sud ou d'Afrique subsaharienne nécessitent souvent une ingénierie d'emballage supplémentaire (dessicants, sachets en aluminium ou purge à l'azote) pour maintenir l'intégrité du produit.

Les capsules HPMC conservent leurs propriétés mécaniques jusqu'à environ 80 % d'humidité relative , ce qui les rend plus robustes pour la distribution mondiale et les marchés des climats chauds. Cet avantage en matière de stabilité peut réduire la complexité de l'emballage et les coûts associés, compensant en partie le prix unitaire plus élevé des coques HPMC.

Fragilité de la gélatine à faible humidité

La dépendance à l’humidité de la gélatine fonctionne dans les deux sens. En dessous d’environ 10 % d’humidité relative – conditions rencontrées dans les entrepôts en climat hivernal ou lors du transport aérien à haute altitude – les capsules de gélatine perdent de l’humidité, deviennent cassantes et sujettes aux fissures pendant le remplissage, le transport ou l’utilisation. Les capsules HPMC sont considérablement moins sensibles à la fragilité à faible humidité, ce qui réduit les taux de casse sur les machines de remplissage de capsules à grande vitesse fonctionnant dans des environnements secs.

Considérations diététiques, religieuses et éthiques

Le marché des suppléments et des produits pharmaceutiques à base de plantes s’est considérablement développé au cours de la dernière décennie, et le type d’enveloppe des capsules fait directement partie de ce signal de marché. Les capsules HPMC conviennent aux consommateurs qui suivent un régime végétarien ou végétalien et sont intrinsèquement exemptes de matières d'origine animale. Cela les rend appropriées pour l'étiquetage comme « capsules végétariennes » ou « capsules végétaliennes » – désignations qui apparaissent sur une proportion croissante d'emballages de suppléments.

La gélatine dérivée de sources porcines est interdite par la loi alimentaire islamique (halal) et la loi alimentaire juive (casher). La gélatine bovine peut être certifiée halal ou casher si l'animal a été abattu conformément aux exigences religieuses pertinentes et que l'installation de transformation répond aux normes de certification, mais la certification n'est pas automatique et doit être vérifiée par des documents. Les capsules HPMC ne nécessitent aucune certification religieuse pour leur conformité halal ou casher , simplifiant la chaîne d'approvisionnement et le processus d'étiquetage pour les fabricants ciblant ces groupes de consommateurs.

Selon une étude de marché réalisée par Grand View Research, le marché mondial des capsules végétariennes – dominé par HPMC – était évalué à plus de 360 ​​millions de dollars en 2022 et devrait croître à un taux de croissance annuel composé d'environ 8 % jusqu'en 2030, en partie grâce à la demande croissante des consommateurs pour des produits de suppléments propres et à base de plantes. Cette croissance dépasse celle du marché global des capsules de gélatine, signalant un changement progressif dans les préférences de l’industrie.

Perméabilité à l'oxygène et protection des ingrédients sensibles à l'oxydation

La perméabilité à l'oxygène à travers l'enveloppe de la capsule est un facteur pertinent pour les remplissages sujets à l'oxydation : huile de poisson, astaxanthine, vitamines liposolubles, CoQ10 et de nombreux extraits botaniques. Le HPMC a une perméabilité à l’oxygène inférieure à celle de la gélatine à épaisseur de coque et teneur en humidité équivalentes.

Une étude publiée dans le Journal international de pharmacie ont démontré que les remplissages encapsulés dans des capsules dures HPMC présentaient des valeurs de peroxyde significativement inférieures (une mesure de l'oxydation des lipides) après des tests de stabilité accélérés par rapport aux remplissages identiques dans des capsules de gélatine dure. Bien que l'enveloppe de la capsule ne soit pas la principale barrière à l'oxygène dans la plupart des systèmes d'emballage (ce rôle appartient à la bouteille ou au blister) pour les produits où la capsule elle-même constitue la dernière ligne de défense avant le remplissage, la plus faible perméabilité de l'HPMC offre un avantage mesurable.

Pour les capsules dures à remplissage liquide (LFHC), dans lesquelles un remplissage liquide ou semi-solide est scellé à l'intérieur d'une capsule dure en bande, les propriétés barrière de l'enveloppe deviennent encore plus importantes car le remplissage est en contact direct et continu avec la surface interne de l'enveloppe. Les systèmes HPMC LFHC sont utilisés pour les formulations sensibles à base de lipides où la plus faible perméabilité à l'humidité et à l'oxygène du HPMC offre des avantages tangibles en matière de durée de conservation.

Compatibilité de remplissage : quels ingrédients fonctionnent le mieux dans chaque type

Tous les ingrédients actifs ne sont pas également compatibles avec les deux types de gélules. Comprendre la compatibilité remplissage-coquille évite les échecs de stabilité, les problèmes de biodisponibilité et les rejets réglementaires.

Des remplissages mieux adaptés à Capsules HPMC

• Probiotiques et cultures bactériennes vivantes – en raison de la faible teneur en humidité de la coquille
• Poudres hygroscopiques telles que le chlorure de magnésium, certains acides aminés ou extraits de plantes séchées par pulvérisation
• Remplissages contenant des aldéhydes, notamment certaines résines naturelles, extraits de ginkgo et formulations à base de povidone
• Actifs lipophiles sensibles à l'oxydation tels que les acides gras oméga-3, la CoQ10 et la vitamine A
• Produits destinés aux consommateurs qui évitent les ingrédients d'origine animale
• Produits distribués sur les marchés à forte humidité sans chaîne du froid climatisée

Des remplissages qui fonctionnent bien dans les capsules de gélatine

• Poudres sèches et non hygroscopiques telles que le carbonate de calcium, le talc ou de nombreux API synthétiques
• Produits pharmaceutiques à libération immédiate nécessitant une désintégration la plus rapide possible
• Le liquide se présente sous forme de gélule (vitamine E, huile de poisson, oléorésines botaniques) où les propriétés filmogènes de la gélatine sont exploitées dans le processus de fabrication par filière rotative.
• Produits soumis à des contraintes de coûts strictes pour lesquels la différence de prix entre les coques en gélatine et HPMC est commercialement significative
• Applications pharmaceutiques à grand volume où le vaste précédent réglementaire pour les capsules de gélatine simplifie les voies d'approbation

Différences de coûts et implications commerciales

Le coût est un véritable facteur dans le choix des capsules, en particulier pour les produits à gros volume. Les capsules de gélatine bénéficient d’une chaîne d’approvisionnement mondiale mature et à grande échelle. Les principaux fabricants – Capsugel (qui fait maintenant partie de Lonza), Qualicaps, ACG et Suheung – produisent des capsules de gélatine en quantités énormes, ce qui réduit les coûts unitaires. Pour une capsule de gélatine dure de taille standard 0 achetée en quantités commerciales, le prix se situe généralement entre 8 et 15 USD pour mille unités, en fonction du volume et des spécifications.

Les capsules HPMC coûtent généralement 20 à 50 % de plus par unité que les capsules de gélatine comparables . Pour un produit présenté en portion de 60 capsules vendu entre 30 et 40 USD au détail, cette différence de coût est généralement résorbable. Pour un complément alimentaire vendu entre 8 et 10 USD par bouteille, la différence de coût des capsules peut représenter un impact significatif sur la marge. Cependant, le calcul des coûts devrait également prendre en compte les économies potentielles résultant d'une complexité réduite de l'emballage (moins de déshydratants, exigences plus simples en matière de papier d'aluminium), de moins de reformulations liées à la stabilité et d'un accès au marché aux segments de consommateurs végétariens et végétaliens haut de gamme prêts à payer un prix de détail plus élevé.

Du point de vue des coûts réglementaires, les capsules HPMC sont bien établies tant dans l'USP que dans la Ph.Eur. monographies et sont inclus dans la base de données sur les ingrédients inactifs de la FDA pour les formes posologiques orales. Le passage de la gélatine à l'HPMC dans un produit pharmaceutique peut nécessiter un dépôt supplémentaire ou une notification de modification, mais cela ne constitue généralement pas un obstacle majeur pour les produits bien caractérisés.

Considérations sur les lignes de fabrication et de remplissage

Les capsules de gélatine et HPMC sont compatibles avec les machines de remplissage de capsules à grande vitesse standard, y compris les doseurs à mouvement intermittent et continu et les remplisseuses à broches de bourrage. Il existe cependant des différences pratiques dans la manipulation dont les formulateurs et les fabricants sous contrat doivent tenir compte.

Les capsules HPMC ont tendance à avoir un allongement mécanique à la rupture légèrement inférieur à celui de la gélatine dans des conditions sèches, ce qui signifie que les machines de remplissage fonctionnant à une faible humidité relative peuvent connaître des taux de casse des capsules ou du corps légèrement plus élevés. La plupart des machines de remplissage modernes peuvent être ajustées aux dimensions et aux profils de fragilité des capsules HPMC, mais un essai de production est conseillé lors du passage de la gélatine au HPMC sur une ligne existante.

Les capsules HPMC ont également des valeurs de coefficient de friction légèrement différentes de celles de la gélatine, ce qui peut affecter l'orientation des capsules et leur transport sur des plateaux de tri vibrants. Encore une fois, il s’agit d’une variable gérable que la plupart des opérations de remplissage de capsules expérimentées ont rencontrées et résolues.

Pour les applications de remplissage de liquide avec des capsules dures, les coques HPMC nécessitent un cerclage (une fine bande de solution HPMC appliquée autour de la jonction capuchon-corps) pour sceller la capsule contre les fuites de liquide. Les capsules de gélatine peuvent également être en bandes, mais le processus est essentiellement le même. Des équipements spécialisés tels que le système Capsugel LiquigelTM ont été conçus spécifiquement pour fonctionner avec HPMC pour les applications de remplissage de liquides.

Quand choisir les capsules HPMC plutôt que la gélatine

Sur la base des propriétés techniques décrites ci-dessus, les scénarios suivants représentent des indications claires pour le choix des capsules HPMC :

1. Le remplissage contient des micro-organismes vivants (probiotiques) ou tout ingrédient ayant une activité de l'eau sensible à la migration de l'humidité de la coquille.
2. Le remplissage contient des aldéhydes, des sucres réducteurs ou des excipients générateurs de peroxydes qui pourraient réticuler une coque de gélatine et nuire à la dissolution.
3. Le produit est positionné sur les marchés végétariens, végétaliens, halal ou casher.
4. Le produit sera distribué sur des marchés à forte humidité sans chaîne du froid ni contrôle climatique fiables.
5. Le remplissage est sensible à l’oxydation et l’enveloppe de la capsule constitue la barrière primaire ou secondaire contre l’oxygène.
6. Le produit nécessite une dissolution constante dans différents environnements de pH, comme un produit testé dans des conditions SGF et SIF.

À l’inverse, les capsules de gélatine restent un choix rationnel lorsque le remplissage est non réactif et non hygroscopique, que le consommateur cible n’a aucune restriction alimentaire qui exclut les ingrédients d’origine animale, que la dissolution rapide dans le liquide gastrique est le principal objectif de conception, que la minimisation des coûts est essentielle ou que le produit est une gélule (pour laquelle la technologie des gélules à base de HPMC est encore moins mature et moins largement disponible que les gélules à base de gélatine).

Une note sur le pullulane et d'autres matériaux alternatifs pour les capsules

Bien que le choix dans la plupart des formulations se résume à la gélatine par rapport à l'HPMC, il convient de noter qu'il existe d'autres matériaux pour l'enveloppe des capsules. Capsules de pullulane, fabriquées à partir d'un polysaccharide produit par le champignon Aureobasidium pullulans , sont également à base de plantes et offrent une perméabilité à l'oxygène exceptionnellement faible — environ 300 fois inférieur à HPMC selon les données de la gamme de produits Plantcaps de Capsugel. Les capsules de pullulane sont utilisées pour les formulations de qualité supérieure sensibles à l'oxydation, mais leur coût est nettement plus élevé que celui de la gélatine ou de l'HPMC.

Les capsules à base d'amidon sont une autre option utilisée sur certains marchés, et les capsules de gélatine de poisson offrent une alternative halal à la gélatine porcine ou bovine pour les consommateurs qui évitent les animaux terrestres mais ne suivent pas un régime végétarien strict. Chacune d'elles représente une solution de niche pour une formulation spécifique ou des exigences du marché, mais les capsules HPMC restent l'option dominante sans gélatine dans les applications de suppléments et pharmaceutiques à l'échelle mondiale.