Comprehensive characterization of cholesterol oxidation products formed during thermal processing through targeted quantification and untargeted annotation
تضع هذه الدراسة نموذجاً قابلاً للتكرار للأكسدة الحرارية للكوليسترول وتستخدم سير عمل يجمع بين تقنيات الكروماتوغرافيا السائلة مع مطياف الكتلة المتوالي (LC-MS/MS) المستهدفة وغير المستهدفة لتوصيف المزيج المعقد الناتج من نواتج الأكسدة بشكل شامل، كاشفةً أن التسخين يولد مجموعة متنوعة من المركبات المشتقة من الستيرول تتجاوز بكثير المجموعة المحدودة التي يتم مراقبتها عادةً في التحليلات القياسية.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
يُعد الكوليسترول جزيئاً مألوفاً في النظام الغذائي البشري، وهو مادة شمعية توجد في اللحوم والبيض ومنتجات الألبان، تساعد في بناء جدران الخلايا وتعمل كحجر بناء للهرمونات. ومع ذلك، عندما تتعرض الأطعوات التي تحتوي على هذا اللبيد للطهي، أو تُخزن لفترات طويلة، أو تتعرض للضوء والهواء، يمكن أن يتفكك الكوليسترول. هذه العملية، المعروفة باسم الأكسدة، تحول الجزيء الأصلي إلى مجموعة متنوعة من المركبات الجديدة المسماة نواتج أكسدة الكوليسترول. وبينما يُعد الكوليسترول الأصلي ضرورياً للحياة، فإن هذه المشتقات الجديدة تختلف كيميائياً وقد رُبطت بآثار ضارة في الجسم، مثل الالتهاب وتلف الأوعية الدموية. ومع اعتماد الأنظمة الغذائية الحديثة بشكل متزايد على الأطعمة فائقة المعالجة التي تخضع لتسخين شديد، أصبح فهم ما يحدث بالضبط للكوليسترول أثناء عمليات الطهي هذه سؤالاً بالغ الأهمية لسلامة الغذاء والصحة العامة.
وضع فريق من الباحثين في جامعة ويسكونسن–ماديسون خطة لرسم الخريطة الكيميائية الناتجة عن تسخين الكوليسترول النقي. أرادوا تجاوز القائمة المحدودة من نواتج التحلل التي يبحث عنها العلماء عادةً واكتشاف النطاق الكامل للجزيئات الجديدة التي تظهر. وللقيام بذلك، صمموا تجربة منضبطة حيث أخذوا مسحوق كوليسترول نقي، وأذابوه في مذيب، ثم بخروا السائل ليترك طبقة رقيقة ومتساوية داخل قارورة زجاجية. بعد ذلك، قاموا بتسخين هذه الطبقة عند درجة حرارة 145 درجة مئوية لمدة 20 ساعة. وقد تم اختيار هذا الإعداد المحدد لمحاكاة الظروف الموجودة في معالجة الأغذية الصناعية مع ضمان حدوث التفاعل بشكل متساوٍ عبر العينة. وبعد فترة التسخين، تحولت المادة إلى مادة شبه صلبة ذات لون كهرماني، مما يشير إلى حدوث تحول كيميائي كبير.
قام الباحثون أولاً بقياس مدى بدء تحلل الدهون الأصلية من خلال البحث عن هيدروبيروكسيدات الليبيد، وهي مركبات وسيطة غير مستقرة تتشكل في المراحل المبكرة من عملية الأكسدة. ووجدوا أن الكوليسترول المسخن يحتوي على حوالي 3.5 ضعف كمية هذه المركبات الوسيطة مقارنة بعينة التحكم غير المسخنة. وقد أكد ذلك أن الحرارة قد نجحت في دفع عملية الأكسدة. بعد ذلك، استخدموا جهازاً عالي الحساسية يسمى مطياف الكتلة لتحديد وعدّ ستة نواتج محددة ومعروفة من نواتج التحلل التي يتم مراقبتها عادة في دراسات سلامة الغذاء. وشمل ذلك مركبات مثل 7-كيتوكوليسترول ومختلف أنواع الإيبوكسي وهيدروكسي كوليسترول. وأظهرت النتธ أن العينة غير المسخنة لم تكن تحتوي إلا على كميات ضئيلة من هذه النواتج، بينما كانت العينة المسخنة غنية بها. ومن بين المركبات الستة، كان 7-كيتوكوليسترول هو الأكثر وفرة، حيث شكل حوالي 8.5 بالمئة من المادة المقاسة إجمالاً، بينما انخفض الكوليسترول الأصلي من كونه يمثل العينة بأكملة تقريباً إلى حوالي ثلث الإجمالي فقط.
ومع ذلك، فإن الاكتشاف الأهم جاء عندما توقف الباحثون عن البحث فقط عن المركبات الستة المعروفة وبدأوا بدلاً من ذلك في مسح العينة بأكملها بحثاً عن أي إشارات كيميائية جديدة. وباستخدام برامج متطورة لتنظيم ومقارنة آلاف الإشارات الكيميائية المكتشفة، وجدوا أن الكوليسترول المسخن كان أكثر تعقيداً مما كان يُعتقد سابقاً. فبينما حددت الاختبارات القياسية حفنة فقط من المنتجات، كشف المسح غير المستهدف عن 921 سمة كيميائية متميزة في العينة المسخنة، مقارنة بـ 32 سمة فقط في عينة التحكم غير المسخنة. ويشير هذا الارتفاع الهائل في التنوع الكيميائي إلى أن تسخين الكوليسترول ينتج خليطاً واسعاً من المواد الجديدة، والتي لم يتم تصنيف معظمها أو تسميتها من قبل.
ومن خلال مقارنة البصمات الكيميائية لهذه الإشارات الجديدة بقواعد البيانات الموجودة، تمكن الفريق من تأكيد وجود عدد قليل من مركبات الكوليسترول الإضافية، مثل 7α-hydroxy-4-cholesten-3-one و cholest-4,6-dien-3-one، والتي لا تُدرج عادة في اختبارات سلامة الأغذية القياسية. كما قاموا بتجميع الإشارات المجهولة المتبقية في عائلات بناءً على مدى تشابه هياكلها. وكانت هذه العائلات مكتظة في العينات المسخنة ولكنها كانت غائبة تماماً في العينات غير المسخنة. ويشير هذا النمط بقوة إلى أن الحرارة ولدت طيفاً واسعاً من الجزيئات ذات الصلة التي تشترك في أصل واحد، حتى لو ظلت هياكلها الدقيقة غير محددة. كما حددت الدراسة أيضاً بعض الملوثات غير المرتبطة بالكوليسترول والتي ظهرت أثناء التسخين، والتي ميزها الباحثون بعناقة عن نواتج الأكسدة الفعلية لضمان دقة استنتاجاتهم.
يوضح هذا العمل أن الواقع الكيميائي للكوليسترول المسخن أغنى وأكثر تعقيداً بكثير من القائمة القصيرة من المركبات المستخدمة حالياً لمراقبة سلامة الغذاء. وبينما نجح الباحثون في إنشاء طريقة موثوقة لإنتاج هذه النواتج وحددوا العديد من المرشحين الجدد، فقد أشاروا إلى أن العديد من الجزيئات المكتشفة لا تزال تفتقر إلى تحديد دقيق لأن المعايير المرجعية اللازمة غير موجودة في المكتبات العلمية بعد. وتبرز هذه الفجوة الحاجة إلى مزيد من البحث لتوصيف هذه المواد المجهولة بشكل كامل. ومن خلال توفير طريقة قابلة للتكرار لإنشاء وتحليل هذه المخاليط المعقدة، تقدم الدراسة أساساً جديداً للتحقيقات المستقبلية حول كيفية تأثير نواتج الأكسدة المتنوعة هذه على صحة الإنسان، لا سيما في سياق الأنظمة الغذائية الغنية بالأطعمة المصنعة.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.