Phương Pháp Định Lượng Chất Xơ Trong Thực Phẩm Theo Tiêu Chuẩn AOAC 991.43 (TCVN 9050:2012)

Tiêu chuẩn AOAC 991.43 là một phương pháp được công nhận quốc tế nhằm định lượng chất xơ trong thực phẩm một cách chính xác và tin cậy. Phương pháp này cho phép phân tích đồng thời cả ba dạng chất xơ trong thực phẩm: xơ tổng số (TDF), xơ hòa tan (SDF) và xơ không hòa tan (IDF). Trong bài viết này hãy cùng Thiết bị Hiệp Phát tìm hiểu rõ hơn về phương pháp xác định hàm lượng chất xơ trong thực phẩm theo tiêu chuẩn AOAC 991.43 và TCVN 9050:2012.

Chất xơ trong thực phẩm là gì?

Theo quy chuẩn quốc tế từ CODEX và FDA, chất xơ trong thực phẩm – Dietary Fiber in Foods được xác định là các nhóm carbohydrate mà cơ thể không thể tự tiêu hóa (có chỉ số DP ≥ 3). Khái niệm này bao gồm thành phần lignin và carbohydrate tự nhiên có trong thực vật, hoặc các dạng carbohydrate tổng hợp/chiết tách đã được FDA công nhận về những lợi ích thiết thực đối với chức năng sinh lý của con người.

Các loại chất xơ trong thực phẩm có thể được chia thành:

• Chất xơ tổng số – Total dietary fiber (TDF) : bao gồm tất cả các loại carbohydrate thực vật không bị tiêu hóa bởi enzym ruột non, bao gồm chất xơ hòa tan và không hòa tan.
• Chất xơ không hòa tan – Insoluble dietary fiber (IDF):  là thành phần thực vật không tan trong nước, không bị phân hủy bởi vi khuẩn đường ruột và không hấp thụ vào máu
• Chất xơ hòa tan – Soluble dietary fiber (SDF) là loại xơ có khả năng tan trong nước, tạo thành gel đặc trong hệ tiêu hóa, giúp ổn định đường huyết, giảm cholesterol, hỗ trợ tiêu hóa và giảm cân

Tại sao phải định lượng chất xơ trong thực phẩm?

Định lượng chất xơ trong thực phẩm đóng vai trò quan trọng trong kiểm soát chất lượng sản phẩm, đặc biệt đối với các sản phẩm thực phẩm chức năng và thực phẩm dinh dưỡng. Việc xác định chính xác hàm lượng chất xơ giúp nhà sản xuất tuân thủ quy định ghi nhãn và đảm bảo giá trị dinh dưỡng cho người tiêu dùng.

Định lượng chất xơ là một trong những chỉ tiêu hóa lý trong thực phẩm quan trọng. Tham khảo thêm các tiêu chí hóa lý quan trọng khác trong sản xuất, chế biến và bảo quản thực phẩm

Nguyên tắc định lượng chất xơ trong thực phẩm

Quy trình định lượng chất xơ theo tiêu chuẩn AOAC 991.43 dựa trên nguyên tắc sử dụng các enzyme để mô phỏng quá trình tiêu hóa tự nhiên trong cơ thể người. Mẫu thực phẩm khô đã tách béo (nếu chứa >10% chất béo) được tiêu hóa lần lượt bằng enzyme α-amylase, protease và amyloglucosidase để loại bỏ tinh bột và protein.

Đối với việc xác định hàm lượng chất xơ tổng số, sau khi tiêu hóa bằng enzyme, hỗn hợp được xử lý với ethanol để kết tủa các polysaccharide hòa tan. Cặn sau lọc chính là tổng chất xơ trong thực phẩm, được sấy khô và cân chính xác.

Khi phân tích riêng lẻ xơ hòa tan và không hòa tan, quy trình được điều chỉnh: xơ không hòa tan được thu trực tiếp sau khi lọc dịch enzyme, trong khi xơ hòa tan được kết tủa từ dịch lọc bằng cách bổ sung ethanol.

Các enzyme sử dụng trong định lượng chất xơ thực phẩm

Ba loại enzyme chính được sử dụng trong phương pháp AOAC 991.43 bao gồm:

• Alpha-amylase chịu nhiệt thực hiện nhiệm vụ phân hủy tinh bột thành các đoạn ngắn hơn ở nhiệt độ cao (95-100°C), đảm bảo loại bỏ hoàn toàn tinh bột khỏi mẫu phân tích.
• Protease hoạt động ở nhiệt độ 60°C với nhiệm vụ phân giải protein thành các amino acid và peptide, giúp tách protein ra khỏi phức hợp với chất xơ.
• Amyloglucosidase tiếp tục phân hủy các đoạn tinh bột còn lại thành glucose ở pH 4.0-4.7, đảm bảo quá trình loại bỏ tinh bột được hoàn tất triệt để.

Thiết bị chuyên dụng cho định lượng chất xơ trong thực phẩm

Để thực hiện định lượng chất xơ trong thực phẩm theo phương pháp AOAC 991.43, phòng thí nghiệm cần trang bị đầy đủ các thiết bị sau:

• Cốc có mỏ 400 hoặc 600 mL
• Chén nung với đĩa lọc thủy tinh xốp cỡ lỗ 40-60 µm: Đóng vai trò quan trọng trong việc lọc và thu giữ chất xơ trong thực phẩm. Trước khi sử dụng, chén nung phải được tro hóa ở 525°C và cân chính xác cùng với lớp Celite.
• Hệ thống chân không (Vacuum system) bao gồm: Bơm chân không hoặc máy hút có thiết bị điều chỉnh. Bình lọc có vách dày, 1 L, có tay cầm bên. Bộ chuyển vòng cao su, để sử dụng với bình lọc.
• Bể điều nhiệt lắc: duy trì chính xác các nhiệt độ 60°C và 98±2°C trong suốt quá trình xử lý enzyme. Bể phải có khả năng khuấy đều và điều khiển thời gian tự động.

• Cân phân tích: độ chính xác 0.1 mg (4 số lẻ), đảm bảo đo lường chính xác khối lượng mẫu và cặn chất xơ.

• Lò nung: có khả năng duy trì nhiệt độ 525±5°C để tro hóa mẫu xác định tro

• Tủ sấy phòng thí nghiệm: có khả năng duy trì nhiệt độ 105 và 130±3°C để sấy khô cặn và thiết bị. Đối với tủ sấy chân không, tiêu chuẩn là có thể duy trì nhiệt độ ở 70°C.

• Bình hút ẩm: có chất làm khô silic dioxit, hoặc loại tương đương. Cứ hai tuần, sấy chất làm khô qua đêm ở 130°C.

• Máy đo pH: chính xác là thiết bị thiết yếu để kiểm soát và điều chỉnh pH trong quá trình tiêu hóa enzyme, đặc biệt quan trọng khi sử dụng amyloglucosidase. Chuẩn hóa bằng dung dịch đệm pH 4,0, 7,0 và 10,0

• Pipet: Với đầu tip dùng một lần, dung tích 100–300 µL và 5 mL.
• Dispensers: phân phối được 150±5 mL cho 78% etanol, 95% etanol và aceton; 40±0,5 mL cho dung dịch đệm.
• Máy khuấy từ và thanh khuấy.

Hóa chất cần thiết cho định lượng chất xơ trong thực phẩm

Định lượng chất xơ yêu cầu sử dụng các hóa chất tinh khiết và enzyme đạt tiêu chuẩn:

– Ethanol

• (1) Ethanol 85%. Pha 895 mL etanol 95% vào bình định mức 1 L, thêm nước đến vạch.
• (2) Ethanol 78%. Pha 821 mL etanol 95% vào bình định mức 1 L, thêm nước đến vạch.

– Đất diatomit (Diatomaceous earth): được rửa bằng axit (Celite 545 AW, số C8656, Sigma Chemical Co. hoặc tương đương).

– Dung dịch làm sạch. Chất tẩy rửa phòng thí nghiệm dạng lỏng có chất hoạt động bề mặt, được sử dụng để làm sạch mức độ cao (Micro®, International Products Corp., Burlington, NJ 08601, USA, hoặc tương đương). Chuẩn bị dung dịch 2% trong H2O.

– MES: là axit ethanesulfonic 2-(N-Morpholino) (M-8250, Sigma, hoặc tương đương).

– TRIS: là Tris(hydroxymethyl)aminomethane (T-1503, Sigma, hoặc tương đương).

– Dung dịch đệm MES–TRIS: 0,05M MES, 0,05M TRIS, pH 8,2 ở 24°C.

– Hòa tan 19,52 g MES và 12,2 g TRIS trong 1,7 lít H2O. Điều chỉnh pH đến 8,2 bằng NaOH 6N và thêm nước đến 2 lít. (Lưu ý quan trọng: phải điều chỉnh pH đến 8,2 ở 24°C. Nếu nhiệt độ đệm là 20°C, điều chỉnh pH đến 8,3; nếu nhiệt độ là 28°C, điều chỉnh pH đến 8,1. Đối với nhiệt độ khác trong khoảng từ 20 đến 28°C, điều chỉnh bằng cách nội suy).

– Dung dịch axit clohydric 0,561N. Thêm 93,5 mL HCl 6N vào khoảng 700 mL H2O trong bình định mức 1 L. Thêm nước đến 1 lít.

Quy trình chuẩn bị mẫu cho phân tích hàm lượng chất xơ

Xử lý sơ bộ mẫu thực phẩm

Giai đoạn chuẩn bị mẫu ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác khi xác định hàm lượng chất xơ trong thực phẩm. Mẫu thực phẩm cần được đồng nhất hoàn toàn, sau đó sấy chân không qua đêm ở 70°C để loại bỏ độ ẩm.

Sau khi làm nguội trong bình hút ẩm, mẫu được nghiền mịn và rây qua sàng 0.3-0.5mm. Kích thước hạt đồng đều giúp các enzyme tiếp xúc tốt hơn với mẫu, đảm bảo quá trình tiêu hóa hiệu quả. Ghi lại khối lượng giảm sau khi tách béo. Bảo quản mẫu đã nghiền khô trong lọ đóng nắp tại bình hút ẩm đến khi thực hiện phân tích.

Đối với mẫu không thể chịu nhiệt, phương pháp sấy đông khô có thể được áp dụng thay thế để bảo toàn cấu trúc và tính chất của mẫu.

Tách béo và khử đường

Khi định lượng chất xơ trong thực phẩm có hàm lượng chất béo vượt quá 10%, việc tách béo là bước bắt buộc. Mẫu được chiết với petroleum ether theo tỷ lệ 25mL/g mẫu, lặp lại ba lần để loại bỏ hoàn toàn chất béo.

Đối với sản phẩm giàu đường như bánh kẹo, nước trái cây, cần thực hiện khử đường trước khi phân tích. Mẫu được chiết 2-3 lần bằng ethanol 85% (10mL/g mẫu), sau đó sấy khô ở 40°C qua đêm.

Mẫu đã xử lý được bảo quản trong lọ kín, đặt trong bình hút ẩm cho đến khi tiến hành phân tích để tránh hút ẩm ảnh hưởng kết quả.

Giai đoạn tiêu hóa enzyme

Cân chính xác 1.000 ± 0.005g mẫu vào cốc thủy tinh 400-600mL. Thêm 40mL dung dịch đệm MES-TRIS và khuấy từ để phân tán đều mẫu, tránh hình thành vón cục.

Bổ sung 50µL alpha-amylase chịu nhiệt, đậy cốc bằng lá nhôm và ủ trong bể nước 95-100°C trong 15 phút với khuấy liên tục. Giai đoạn này phân giải tinh bột có trong mẫu.

Sau khi làm nguội xuống 60°C, phá vỡ gel ở đáy cốc và thêm 100µL protease. Ủ tiếp 30 phút ở 60°C để phân giải protein. Giai đoạn này quan trọng trong việc loại bỏ protein ra khỏi phức hợp chất xơ-protein.

Điều chỉnh pH về 4.0-4.7 bằng HCl 0.561N, sau đó bổ sung 300µL amyloglucosidase và ủ thêm 30 phút ở 60°C. Enzyme này hoàn tất quá trình phân hủy tinh bột còn lại.

Các bước thực hiện định lượng chất xơ trong thực phẩm

Quy trình xác định chất xơ tổng số

Sau khi tiêu hóa enzyme hoàn tất, thêm 225mL ethanol 95% (đã được đun nóng đến 60°C) vào mỗi cốc mẫu để đạt tỷ lệ ethanol:mẫu là 4:1. Để kết tủa hình thành trong 1 giờ ở nhiệt độ phòng.

Chuẩn bị chén lọc bằng cách thêm khoảng 1g Celite đã được tro hóa và cân chính xác. Làm ướt Celite bằng 15mL ethanol 78% và hút chân không để tạo lớp lọc phẳng đều.

Lọc hỗn hợp qua chén lọc dưới áp suất chân không. Rửa cặn lần lượt bằng ethanol 78%, 95% và acetone, mỗi lần 15mL. Việc rửa kỹ loại bỏ các tạp chất còn lại.

Sấy chén chứa cặn qua đêm ở 105°C, làm nguội trong bình hút ẩm 1 giờ rồi cân chính xác. Đây chính là hàm lượng chất xơ tổng số cần xác định.

Xác định chất xơ không hòa tan

Để phân tích riêng xơ không hòa tan (IDF), Làm ướt và phân phối lại lớp Celite vào chén đã cân khối lượng, sử dụng khoảng 3 mL nước.

Rửa cặn 2 lần bằng nước 70°C, mỗi lần 10mL. Gộp dịch lọc và nước rửa, chuyển vào cốc có mỏ 600 mL và lưu lại để xác định khối lượng chất xơ hòa tan ở phần tiếp theo.

Rửa tiếp cặn IDF 3 lần, mỗi lần bằng 15 ml etanol 78%, etanol 95% và aceton như quy trình xác định xơ tổng số. Sấy khô, làm nguội và cân để có khối lượng IDF.

Xác định chất xơ hòa tan

Đối với xơ hòa tan (SDF), tiến hành như thí nghiệm xác định chất xơ không hòa tan đến bước gộp dịch lọc và nước rửa trong cốc có mỏ 600 mL. Cân các cốc có chứa hỗn hợp dung dịch lọc và nước rửa để ước tính thể tích, rồi thực hiện một trong hai cách bên dưới:

• Cách 1: Thêm ethanol 95% ở 60°C theo tỷ lệ 4:1 và để kết tủa 1 giờ. Sử dụng một phần etanol 60°C để rửa bình lọc khi xác định IDF.
• Cách 2: Điều chỉnh khối lượng hỗn hợp dung dịch lọc và nước rửa đến 80 g bằng cách thêm H2O và thêm 320 mL etanol 60°C 95%

Lọc qua chén mới chứa Celite, rửa và sấy khô tương tự quy trình xác định xơ tổng số để thu được khối lượng SDF.

Tính toán và biểu thị kết quả phân tích

Công thức định lượng chất xơ trong thực phẩm

Để định lượng chất xơ trong thực phẩm, trước tiên cần xác định giá trị mẫu trắng (B):

B (mg) = [(Rb1 + Rb2)/2] – Pb – Ab

Trong đó:

• Rb1, Rb2 là khối lượng cặn của hai mẫu trắng song song;
• Pb và Ab lần lượt là hàm lượng protein và tro trong mẫu trắng.

Hàm lượng chất xơ (DF, g/100g) được tính theo công thức:

DF = {[(R1 + R2)/2] – P – A – B} / [(M1 + M2)/2] × 100

Trong đó:

• R1, R2 là khối lượng cặn của hai mẫu song song (mg);
• P và A là khối lượng protein và tro (mg);
• B là giá trị mẫu trắng (mg);
• M1, M2 là khối lượng mẫu (mg).

Hiệu chỉnh kết quả và kiểm soát chất lượng

Khối lượng protein trong cặn chất xơ được xác định theo phương pháp AOAC 960.52, sử dụng hệ số chuyển đổi N×6.25. Khối lượng tro được xác định bằng cách tro hóa mẫu ở 525°C trong 5 giờ.

Các giá trị protein và tro này phải được trừ khỏi khối lượng cặn để có định lượng chất xơ chính xác. Mỗi mẫu cần phân tích song song để đảm bảo độ tin cậy.

Chạy mẫu trắng song hành với mẫu thử giúp hiệu chỉnh ảnh hưởng của thuốc thử, enzyme và Celite lên kết quả cuối cùng. Giá trị mẫu trắng thường nhỏ nhưng cần được trừ đi để nâng cao độ chính xác.

Hy vòng rằng bài viết trên đây đã giúp quý khách hàng hiểu rõ hơn về phương pháp định lượng chất xơ trong thực phẩm theo tiêu chuẩn AOAC 991.43. Việc tuân thủ chặt chẽ các bước kỹ thuật, kiểm soát điều kiện phản ứng và sử dụng thiết bị, hóa chất đạt chuẩn là yếu tố then chốt đảm bảo kết quả định lượng chất xơ đáng tin cậy. Bên cạnh đó, Công ty TNHH Thiết bị Hiệp Phát hiện đang là nhà phân phối các dòng thiết bị phòng thí nghiệm trong quy trình xác định hàm lượng chất xơ trong thực phẩm đáp ứng tiêu chuẩn AOAC 991.43, bao gồm: lò nung, tủ sấy phòng thí nghiệm, hệ thống chân không, bể điều nhiệt lắc, cân phân tích, máy đo ph,… từ những hàng sản xuất uy tín, chất lượng. Nếu quý khách hàng đang có nhu cầu tìm mua các dòng thiết bị phòng thí nghiệm dùng trong quy trình định lượng chất xơ trong thực phẩm, đừng ngần ngại liên hệ với Hiệp Phát qua SĐT: 0919.537.653 – Mr. Tú hoặc Email: sales5@thietbihiepphat.com để được hỗ trợ kịp thời.