Viên nang mềm so với viên nang cứng trong quá trình chiết rót viên nang lỏng: Loại nào phù hợp với sản phẩm của bạn?

Viên nang chứa đầy chất lỏng ngày càng trở nên phổ biến trong ngành dược phẩm và thực phẩm bổ sung sức khỏe. So với viên nang chứa bột truyền thống, các công thức dạng lỏng thường mang lại sinh khả dụng cao hơn, độ đồng nhất liều tốt hơn, khả năng hòa tan nhanh hơn và cải thiện sự tuân thủ của bệnh nhân. Chúng đặc biệt phù hợp với các hoạt chất ít tan trong nước, dầu và hệ thống phân phối thuốc tự nhũ hóa (SEDDS).

Khi phát triển sản phẩm viên nang chứa đầy chất lỏng, các nhà sản xuất thường phải đối mặt với một quyết định quan trọng: Nên đưa công thức vào viên nang mềm hay viên nang cứng? Bài viết này nhằm cung cấp sự so sánh toàn diện giữa viên nang mềm và viên nang cứng trong công nghệ chiết rót chất lỏng để giúp bạn xác định giải pháp nào phù hợp nhất với sản phẩm của mình.

1. Viên nang mềm so với viên nang cứng: Sự khác biệt là gì?

Thiết kế vỏ viên nang không chỉ quyết định cách chất lỏng được bao bọc mà còn quyết định loại thiết bị có thể sử dụng, cách thực hiện quy trình niêm phong và những loại công thức nào có thể được chiết rót. Những khác biệt này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả sản xuất, khả năng tương thích của công thức và mức đầu tư.

Do đó, hiểu rõ cấu trúc viên nang và nguyên lý sản xuất là nền tảng để đánh giá quy trình chiết rót viên nang lỏng của chúng và xác định loại công thức chất lỏng nào phù hợp nhất với từng hệ thống viên nang.

1.1 Cấu trúc viên nang

Sự khác biệt rõ ràng nhất giữa viên nang mềm và viên nang cứng nằm ở cấu tạo và vật liệu của vỏ viên nang.

Viên nang mềm là viên nang một mảnh, được niêm phong kín hoàn toàn với vỏ mềm và linh hoạt. Trong quá trình sản xuất, vỏ được hình thành và niêm phong xung quanh phần chất lỏng trong một thao tác duy nhất. Cấu trúc liền mạch này mang lại khả năng chống rò rỉ, xâm nhập oxy và thẩm thấu ẩm tuyệt vời.

Theo truyền thống, vỏ viên nang mềm được sản xuất từ gelatin, nước và các chất hóa dẻo như glycerin hoặc sorbitol, giúp vỏ có độ đàn hồi. Để đáp ứng các yêu cầu về ăn chay, thuần chay hoặc tôn giáo, các nhà sản xuất cũng đã phát triển viên nang mềm không chứa gelatin sử dụng các polyme có nguồn gốc thực vật như tinh bột biến tính hoặc carrageenan.

Ngược lại, viên nang cứng bao gồm hai thành phần riêng biệt—thân viên nang và nắp viên nang. Viên nang rỗng được sản xuất trước, và công thức chất lỏng được chiết rót vào thân viên nang trước khi nắp được khóa và niêm phong. Do vỏ có mối nối tự nhiên giữa nắp và thân, quy trình niêm phong bổ sung thường được yêu cầu đối với các ứng dụng chứa chất lỏng để ngăn rò rỉ trong quá trình bảo quản và vận chuyển.

Vỏ viên nang cứng theo truyền thống được làm từ gelatin, nhưng viên nang HPMC (hydroxypropyl methylcellulose) và pullulan ngày càng trở nên phổ biến trong những năm gần đây. Những vật liệu có nguồn gốc thực vật này mang lại các ưu điểm như độ nhạy ẩm thấp hơn và được sử dụng rộng rãi cho các sản phẩm dành cho người ăn chay hoặc các công thức nhạy cảm với độ ẩm.

1.2 Nguyên lý sản xuất

Viên nang mềm được sản xuất bằng quy trình đóng gói viên nang bằng khuôn quay (Rotary Die Encapsulation), tích hợp việc tạo hình viên nang, chiết rót chất lỏng và niêm phong trong một quy trình liên tục duy nhất. Trong quá trình sản xuất, gelatin nóng chảy được đúc thành hai dải liên tục được dẫn vào các trục khuôn quay. Khi các khoang khuôn đóng lại, bơm định lượng sẽ bơm một thể tích chất lỏng được kiểm soát chính xác vào giữa các dải gelatin. Các khuôn quay sau đó đồng thời tạo hình, niêm phong và cắt từng viên nang, tạo ra viên nang mềm được niêm phong kín trong một bước.

Ngược lại, viên nang cứng tuân theo phương pháp sản xuất hai giai đoạn. Vỏ viên nang rỗng được sản xuất riêng biệt và cung cấp dưới dạng viên nang hai mảnh hoàn chỉnh. Trong quá trình chiết rót chất lỏng, thân và nắp viên nang trước tiên được tách ra, công thức chất lỏng được định lượng vào thân viên nang, sau đó viên nang được đóng và khóa lại. Vì vẫn tồn tại mối nối tự nhiên giữa nắp và thân, một thao tác niêm phong bổ sung thường được yêu cầu để ngăn rò rỉ.

2. Việc chiết rót viên nang lỏng được thực hiện như thế nào trong viên nang mềm và viên nang cứng?

Do sự khác biệt về cấu trúc giữa viên nang mềm và viên nang cứng, quy trình chiết rót viên nang lỏng có sự khác biệt đáng kể. Việc sản xuất viên nang mềm dựa vào máy đóng gói viên nang mềm được trang bị hệ thống đúc dải gelatin, khuôn quay và nêm phun. Viên nang cứng chứa đầy chất lỏng được sản xuất bằng một máy chiết rót và niêm phong viên nang lỏng, tích hợp việc định lượng chất lỏng chính xác với công nghệ đóng và niêm phong viên nang.

Hiểu cách hai loại máy này vận hành giúp các nhà sản xuất lựa chọn công nghệ phù hợp nhất với nhu cầu sản xuất của họ.

2.1 Máy đóng gói viên nang mềm

Việc chiết rót chất lỏng vào viên nang mềm được thực hiện bằng máy đóng nang mềm, thường dựa trên quy trình đóng nang bằng khuôn quay. Khác với máy đóng nang cứng, máy này không chiết rót vào các viên nang đã được sản xuất sẵn. Thay vào đó, máy tự tạo vỏ nang, bơm chất lỏng vào và hàn kín từng viên nang trong một quy trình tích hợp hoàn toàn.

Quy trình đóng nang có thể được chia thành các giai đoạn sau.

Bước 1. Chuẩn bị gelatin

Quy trình bắt đầu bằng việc chuẩn bị khối gelatin. Gelatin được trộn với nước tinh khiết, các chất hóa dẻo như glycerin hoặc sorbitol, cùng các chất tạo màu hoặc chất làm đục tùy chọn trong bồn nấu nóng chảy có gia nhiệt. Hỗn hợp được khử khí bằng chân không để loại bỏ các bọt khí bị giữ lại và được duy trì ở nhiệt độ được kiểm soát nhằm đảm bảo độ nhớt ổn định trước khi đóng nang. Đồng thời, chất lỏng được chuẩn bị trong một bồn chứa riêng và được giữ đồng nhất thông qua quá trình khuấy trộn hoặc gia nhiệt nhẹ nếu cần.

Bước 2. Tạo màng gelatin

Gelatin nóng chảy chảy từ bồn vào các hộp trải, nơi nó được phân phối đồng đều lên hai trống quay lớn được làm mát bằng nước. Khi các trống quay, gelatin nhanh chóng nguội và đông đặc thành hai dải liên tục có độ dày được kiểm soát chính xác. Không khí làm mát và nhiệt độ được điều chỉnh cẩn thận để duy trì tính đồng nhất của dải màng, vì sự thay đổi về độ dày có thể ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền viên nang, chất lượng hàn kín và hình thức bên ngoài.

Bước 3. Căn chỉnh dải màng

Sau khi rời khỏi các trống làm mát, hai dải gelatin di chuyển qua một loạt con lăn dẫn hướng về phía vùng đóng nang. Trước khi đến các khuôn quay, một lớp chất bôi trơn rất mỏng đạt tiêu chuẩn thực phẩm được phủ lên các dải màng để ngăn chúng dính vào các bộ phận kim loại trong quá trình vận chuyển và hàn kín. Sau đó, hai dải màng hội tụ từ hai phía đối diện của máy với sự căn chỉnh chính xác, chuẩn bị cho quá trình tạo viên nang.

Bước 4. Bơm chiết rót chính xác

Ở trung tâm của máy là nêm phun, một trong những bộ phận quan trọng nhất của hệ thống đóng nang mềm. Một bơm định lượng độ chính xác cao liên tục đưa công thức chất lỏng qua các kênh bên trong nêm được gia nhiệt. Khi hai dải gelatin đi qua hai bên của nêm, một thể tích chất lỏng được đo chính xác sẽ được bơm vào giữa chúng. Áp suất tạo ra trong quá trình bơm khiến các dải gelatin giãn nở vào các khoang của khuôn quay, đảm bảo thể tích chiết rót chính xác và độ đồng nhất hàm lượng tuyệt vời.

Bước 5. Tạo hình, hàn kín và cắt viên nang

Ngay sau khi bơm chất lỏng, các dải gelatin đã được chiết rót đi vào phần khuôn quay. Hai khuôn quay ngược chiều nhau chứa các khoang hình viên nang được gia công chính xác. Khi các khoang khuôn tương ứng đóng lại với nhau, nhiệt và áp suất đồng thời tạo hình viên nang, hàn kín hai dải gelatin bao quanh chất lỏng và cắt viên nang hoàn chỉnh khỏi phần màng gelatin xung quanh.

Bước 6. Đẩy viên nang ra

Sau khi rời khỏi khuôn quay, các con lăn tách nhẹ nhàng tách các viên nang mềm mới tạo thành khỏi phần dải gelatin dư thừa. Các viên nang được đưa ra hệ thống băng tải, trong khi phần màng gelatin còn lại được thu gom để tái chế hoặc xử lý theo quy trình sản xuất. Ở giai đoạn này, các viên nang đã được hàn kín hoàn toàn nhưng vẫn mềm do có hàm lượng ẩm tương đối cao.

Bước 7. Sấy khô

Các viên nang mềm mới tạo trải qua quy trình sấy hai giai đoạn. Trước tiên, chúng được chuyển vào máy sấy quay, nơi sự xoay nhẹ kết hợp với luồng khí lớn loại bỏ độ ẩm bề mặt và ngăn các viên nang dính vào nhau. Sau đó, các viên nang được trải lên khay sấy hoặc chuyển vào đường hầm sấy hay phòng sấy được kiểm soát, nơi nhiệt độ, độ ẩm và luồng khí được điều chỉnh cho đến khi vỏ nang đạt độ ẩm cuối cùng và độ bền cơ học cần thiết.

2.2 Máy chiết rót và hàn kín viên nang lỏng

Khác với sản xuất viên nang mềm, máy chiết rót và hàn kín viên nang lỏng không tự sản xuất vỏ nang. Thay vào đó, máy chiết rót các công thức chất lỏng vào các viên nang cứng được sản xuất sẵn và sau đó hàn kín mối nối viên nang để ngăn rò rỉ.

Máy chiết rót viên nang lỏng NJY-1000Ctừ Rich Packing

Một quy trình chiết rót và hàn kín viên nang lỏng điển hình bao gồm các giai đoạn sau.

Bước 1. Cấp và tách viên nang

Quy trình bắt đầu bằng việc cấp viên nang tự động. Các viên nang rỗng được nạp vào phễu và định hướng trước khi đi vào máy chiết rót viên nang. Sau đó, hệ thống tách bằng chân không tách nắp viên nang khỏi thân viên nang trong khi vẫn giữ cả hai bộ phận được định vị chính xác trong các giá đỡ riêng.

Tùy thuộc vào vật liệu viên nang, chẳng hạn như gelatin, HPMC hoặc pullulan, lực tách và mức chân không được kiểm soát cẩn thận để tránh biến dạng hoặc hư hỏng viên nang đồng thời duy trì hoạt động tốc độ cao ổn định.

Bước 2. Kiểm tra và loại bỏ viên nang

Trước khi viên nang tiếp tục đến công đoạn chiết rót chất lỏng, nhiều máy chiết rót viên nang lỏng tích hợp trạm kiểm tra và loại bỏ tự động.

Cảm biến giám sát các thông số sản xuất chính như

• Thiếu thân viên nang
• Thiếu nắp viên nang
• Tách viên nang không đúng cách

Bất kỳ viên nang lỗi nào cũng được tự động loại bỏ trước khi đi vào quy trình hàn kín tiếp theo. Việc loại bỏ sớm này không chỉ cải thiện chất lượng sản phẩm cuối cùng mà còn ngăn ngừa nhiễm bẩn chất kết dính hàn kín và giảm lãng phí vật liệu không cần thiết.

Bước 3. Chiết rót chất lỏng chính xác

Sau khi kiểm tra, thân viên nang di chuyển đến trạm chiết rót. Công thức chất lỏng được cấp từ phễu được kiểm soát nhiệt độ để duy trì độ nhớt ổn định trong suốt quá trình sản xuất. Theo đặc tính của công thức, máy có thể được trang bị:

• Bơm piston gốm để định lượng thể tích có độ chính xác cao
• Bơm nhu động cho các công thức vô trùng hoặc nhạy cảm
• Bơm định lượng truyền động servo cho sản xuất tốc độ cao

Mỗi vòi chiết rót phân phối một thể tích chất lỏng được kiểm soát chính xác vào thân viên nang. Sự đồng bộ giữa việc định vị viên nang và chuyển động của bơm đảm bảo độ chính xác tuyệt vời về khối lượng chiết rót đồng thời ngăn nhỏ giọt hoặc nhiễm bẩn xung quanh mép viên nang.

Bước 4. Khóa viên nang

Nắp viên nang được đặt lại chính xác lên thân viên nang đã được nạp đầy. Sau đó, cơ chế khóa ép hai nửa viên nang lại với nhau cho đến khi các vòng khóa ăn khớp chắc chắn. Ở thời điểm này, viên nang đã có đủ độ bền cơ học để thao tác, nhưng mối nối giữa nắp và thân vẫn chưa hoàn toàn kín chất lỏng, đặc biệt đối với các công thức gốc dầu hoặc có độ nhớt thấp.

Bước 5. Niêm phong viên nang

Các viên nang đã khóa đi vào trạm niêm phong, tại đây dung dịch niêm phong gốc gelatin (hoặc dung dịch niêm phong gốc HPMC dành cho viên nang chay) được bôi đồng đều xung quanh điểm tiếp giáp giữa nắp và thân viên nang.

Dung dịch niêm phong được duy trì ở nhiệt độ cao, thường là 40–60°C, để đảm bảo độ nhớt phù hợp và khả năng làm ướt tốt bề mặt viên nang. Khi các viên nang xoay qua trạm niêm phong, một dải mỏng liên tục của dung dịch niêm phong ấm bao quanh hoàn toàn đường nối của viên nang, lấp đầy các khe hở vi mô giữa hai nửa vỏ và tạo thành vòng niêm phong liên tục sau khi sấy khô.

Bước 6. Sấy bằng không khí

Ngay sau khi niêm phong, dải gelatin vẫn chứa lượng ẩm tương đối cao và chưa phát triển độ bền cơ học cuối cùng. Vì vậy, các viên nang đi vào hệ thống sấy khí cưỡng bức, nơi luồng khí, nhiệt độ và độ ẩm được kiểm soát cẩn thận giúp đẩy nhanh quá trình bay hơi ẩm khỏi dải niêm phong mà không làm nóng quá mức phần bên trong viên nang.

Máy chiết rót viên nang lỏng NYJ-330C từ Rich Packing

3. Lựa chọn viên nang phù hợp cho máy niêm phong

Việc lựa chọn viên nang phù hợp phụ thuộc phần lớn vào các đặc tính vật lý và hóa học của công thức dạng lỏng.

Các yếu tố quan trọng bao gồm:

• Độ nhớt
• Độ bay hơi
• Độ nhạy với quá trình oxy hóa
• Độ nhạy với độ ẩm
• Độ ổn định nhiệt
• Yêu cầu về độ chính xác khi nạp
• Kỳ vọng về thời hạn sử dụng

3.1 Chất lỏng phù hợp cho viên nang mềm

Viên nang mềm có thể chứa nhiều loại công thức dạng lỏng và bán rắn. Các công thức điển hình bao gồm:

• Dầu cá
• Dầu Omega-3
• Vitamin E
• Dầu thực vật
• Hỗn dịch chứa các hạt mịn
• Bột nhão bán rắn
• Gel có độ nhớt cao
• Hệ thống phân phối thuốc tự nhũ hóa (SEDDS)

Do viên nang mềm được niêm phong ngay trong quá trình đóng nang, chúng đặc biệt phù hợp với:

• Các công thức nhạy cảm với oxy
• Các loại dầu dễ bị oxy hóa
• Các thành phần có độ bay hơi cao
• Các công thức nhạy cảm với độ ẩm
• Các vật liệu có độ nhớt cao
• Các công thức yêu cầu khả năng chống rò rỉ tuyệt vời

3.2 Chất lỏng phù hợp cho viên nang cứng

Viên nang cứng chứa chất lỏng thường phù hợp hơn với các công thức có độ nhớt vừa phải và khả năng chảy tốt. Các công thức điển hình bao gồm:

• Dầu có độ nhớt trung bình và thấp
• Dược phẩm dinh dưỡng dạng lỏng
• Công thức dựa trên PEG
• Công thức lipid nóng chảy
• Công thức sáp nóng chảy
• Hệ thống tự nhũ hóa (SEDDS/SMEDDS)
• Dung dịch dược phẩm

4. Các kịch bản sản xuất cho hai loại chiết rót viên nang dạng lỏng

Để có cái nhìn tổng quan rộng hơn về từng trạm trong sản xuất viên nang cứng, hãy xem hướng dẫn này về nguyên lý hoạt động của máy chiết rót viên nang.

Đối với các dự án viên nang cứng chứa chất lỏng quy mô nhỏ, hãy so sánh Máy chiết rót viên nang lỏng CGN-208L.

Việc lựa chọn giữa viên nang mềm và viên nang cứng trong quá trình chiết rót viên nang dạng lỏng không chỉ được quyết định bởi bản thân công thức. Các nhà sản xuất cũng nên xem xét quy mô sản xuất, giai đoạn phát triển, khả năng sẵn có của thiết bị, ngân sách đầu tư và chiến lược thương mại hóa.

5. Kết luận

Nhìn chung, đóng nang mềm vẫn là giải pháp được ưu tiên cho sản xuất thương mại quy mô lớn, đặc biệt đối với các công thức gốc dầu, chất lỏng có độ nhớt cao và các sản phẩm yêu cầu khả năng niêm phong vượt trội, bảo vệ tốt khỏi độ ẩm và oxy, cùng hình thức hấp dẫn.

Mặt khác, viên nang cứng chứa chất lỏng mang lại tính linh hoạt sản xuất cao hơn. Bằng cách kết hợp định lượng chất lỏng chính xác với công nghệ niêm phong viên nang, chúng cho phép các nhà sản xuất tạo ra nhiều loại công thức dạng lỏng. Điều này khiến chúng đặc biệt phù hợp cho nghiên cứu và phát triển, thử nghiệm lâm sàng, sản xuất thử nghiệm, sản xuất quy mô nhỏ đến trung bình và các cơ sở thường xuyên chuyển đổi giữa các sản phẩm hoặc công thức.

Cuối cùng, không có công nghệ “tốt nhất” cho mọi trường hợp, mà chỉ có công nghệ phù hợp nhất với công thức và chiến lược sản xuất của bạn. Việc hiểu rõ sự khác biệt về cấu trúc viên nang, quy trình sản xuất, khả năng tương thích công thức và các kịch bản ứng dụng giúp các nhà sản xuất đưa ra quyết định sáng suốt nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, hiệu quả sản xuất và lợi tức đầu tư dài hạn. Khi các dạng bào chế lỏng tiếp tục trở nên phổ biến trong cả thị trường dược phẩm và dược phẩm dinh dưỡng, việc lựa chọn công nghệ viên nang phù hợp sẽ tiếp tục là yếu tố then chốt để đạt được sản xuất ổn định, hiệu quả và cạnh tranh.

6. Câu hỏi thường gặp

1. Viên nang cứng có thể được bơm đầy chất lỏng không?

Có. Viên nang cứng chứa chất lỏng được thiết kế đặc biệt cho dầu, chiết xuất thảo dược, công thức lipid và các sản phẩm lỏng hoặc bán lỏng khác. Sau khi bơm đầy, viên nang được niêm phong bằng các công nghệ như niêm phong bằng dải để ngăn rò rỉ.

2. Những loại chất lỏng nào phù hợp với viên nang mềm?

Viên nang mềm rất phù hợp với dầu, chất lỏng có độ nhớt cao, chất bán rắn, hỗn dịch và các công thức nhạy cảm với oxy hoặc độ ẩm. Cấu trúc kín một mảnh của chúng mang lại khả năng bảo vệ tuyệt vời chống rò rỉ và oxy hóa.

3. Chất lỏng nhạy nhiệt có thể được bơm vào viên nang cứng không?

Có. Hầu hết viên nang cứng chứa chất lỏng được niêm phong bằng dải niêm phong gelatin hoặc HPMC ấm, chỉ được áp dụng lên đường nối của viên nang, giúp giảm thiểu sự tiếp xúc nhiệt với công thức. Tuy nhiên, các thành phần cực kỳ nhạy nhiệt luôn cần được đánh giá thông qua thử nghiệm tương thích trước khi sản xuất.

4. Viên nang cứng chứa chất lỏng có cần niêm phong bổ sung không?

Có. Không giống viên nang mềm, viên nang cứng gồm hai nửa vỏ riêng biệt, vì vậy cần có thêm quy trình niêm phong sau khi bơm đầy. Điều này giúp tăng khả năng chống rò rỉ, độ ổn định của sản phẩm và thời hạn sử dụng.

5. Máy đóng gói viên nang mềm có giống máy bơm đầy viên nang lỏng không?

Không. Máy đóng gói viên nang mềm tạo hình, bơm đầy và niêm phong viên nang trong một quy trình liên tục. Máy bơm đầy viên nang lỏng sẽ bơm đầy các viên nang cứng đã được sản xuất sẵn, sau đó đóng, niêm phong và sấy khô chúng trong các giai đoạn sản xuất riêng biệt.