Comprehensive characterization of cholesterol oxidation products formed during thermal processing through targeted quantification and untargeted annotation
Este estudio establece un modelo de oxidación térmica reproducible para el colesterol y emplea un flujo de trabajo combinado de LC-MS/MS dirigido y no dirigido para caracterizar exhaustivamente la mezcla compleja de productos de oxidación resultante, revelando que el calentamiento genera una diversa gama de compuestos derivados de esteroles que supera con creces el conjunto limitado que se monitorea típicamente en los análisis estándar.
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El colesterol es una molécula familiar en la dieta humana, una sustancia cerosa que se encuentra en la carne, los huevos y los productos lácteos que ayuda a construir las paredes celulares y sirve como bloque de construcción para las hormonas. Sin embargo, cuando los alimentos que contienen este lípido se cocinan, se almacenan durante largos períodos o se exponen a la luz y al aire, el colesterol puede descomponerse. Este proceso, conocido como oxidación, transforma la molécula original en una variedad de nuevos compuestos llamados productos de oxidación del colesterol. Si bien el colesterol original es esencial para la vida, estos nuevos derivados son químicamente diferentes y se han vinculado con efectos nocivos en el cuerpo, como la inflamación y el daño a los vasos sanguíneos. Dado que las dietas modernas dependen cada vez más de alimentos ultraprocesados que se someten a un calentamiento intenso, comprender exactamente qué le sucede al colesterol durante estos procesos de cocción se ha convertido en una cuestión crítica para la seguridad alimentaria y la salud pública.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Wisconsin–Madison se propuso mapear el paisaje químico creado cuando el colesterol puro se calienta. Querían ir más allá de la lista limitada de productos de degradación que los científicos suelen buscar y descubrir la gama completa de nuevas moléculas que aparecen. Para ello, crearon un experimento controlado en el que tomaron polvo de colesterol puro, lo disolvieron en un solvente y evaporaron el líquido para dejar una película fina y uniforme en el interior de un matraz de vidrio. Luego, calentaron esta película a 145 grados Celsius durante 20 horas. Esta configuración específica fue elegida para imitar las condiciones encontradas en el procesamiento de alimentos industriales, asegurando al mismo tiempo que la reacción ocurriera uniformemente en toda la muestra. Después del período de calentamiento, el material se había convertido en una sustancia semisólida de color ámbar, lo que indicaba que se había producido una transformación química significativa.
Los investigadores midieron primero cuánto se había comenzado a degradar la grasa original buscando hidroperóxidos lipídicos, que son compuestos intermedios inestables que se forman en las primeras etapas del proceso de oxidación. Encontraron que el colesterol calentado contenía aproximadamente 3.5 veces más de estos intermedios que la muestra de control no calentada. Esto confirmó que el calor había impulsado con éxito el proceso de oxidación. A continuación, utilizaron un instrumento altamente sensible llamado espectrómetro de masas para identificar y contar seis productos de degradación específicos y bien conocidos que se monitorean habitualmente en los estudios de seguridad alimentaria. Estos incluían compuestos como el 7-cetocolesterol y varios epoxi- e hidroxicolesteroles. Los resultados mostraron que, mientras el colesterol no calentado contenía solo trazas de estos productos, la muestra calentada era rica en ellos. Entre los seis compuestos conocidos, el 7-cetocolesterol era el más abundante, representando aproximadamente el 8.5 por ciento del material total medido, mientras que el colesterol original descendió de ser casi la totalidad de la muestra a ser solo cerca de un tercio del total.
Sin embargo, el descubrimiento más significativo ocurrió cuando los investigadores dejaron de buscar únicamente los seis compuestos conocidos y, en su lugar, escanearon toda la muestra en busca de cualquier nueva señal química. Utilizando un software avanzado para organizar y comparar los miles de señales químicas detectadas, descubrieron que el colesterol calentado era mucho más complejo de lo que se pensaba. Mientras que las pruebas estándar identificaron solo un puñado de productos, el escaneo no dirigido reveló 921 características químicas distintas en la muestra calentada, en comparación con solo 32 en el control no calentado. Este aumento masivo en la diversidad química sugiere que el calentamiento del colesterol crea una vasta mezcla de nuevas sustancias, la mayoría de las cuales nunca han sido catalogadas o nombradas.
Al comparar las huellas químicas de estas nuevas señales con las bases de datos existentes, el equipo pudo confirmar la presencia de algunos compuestos adicionales derivados del colesterol, tales como el 7α-hidroxi-4-colesten-3-ona y el colest-4,6-dien-3-ona, que no suelen incluirse en las pruebas de seguridad alimentaria estándar. También agruparon las señales desconocidas restantes en familias basadas en la similitud de sus estructuras. Estas familias estaban densamente pobladas en las muestras calentadas, pero estaban casi totalmente ausentes en las muestras no calentadas. Este patrón sugiere fuertemente que el calor generó un amplio espectro de moléculas relacionadas que comparten un origen común, incluso si sus estructuras exactas aún no se han definido. El estudio también identificó algunos contaminantes no pertenecientes al colesterol que aparecieron durante el calentamiento, los cuales los investigadores distinguieron cuidadosamente de los productos de oxidación reales para asegurar la exactitud de sus conclusiones.
El trabajo demuestra que la realidad química del colesterol calentado es mucho más rica y complicada que la breve lista de compuestos que se utilizan actualmente para monitorear la seguridad alimentaria. Si bien los investigadores establecieron con éxito un método fiable para generar estos productos e identificaron varios candidatos nuevos, señalaron que muchas de las moléculas detectadas aún carecen de una identificación definitiva porque los estándares de referencia necesarios aún no existen en las bibliotecas científicas. Esta brecha resalta la necesidad de realizar más investigaciones para caracterizar completamente estas sustancias desconocidas. Al proporcionar una forma reproducible de crear y analizar estas mezclas complejas, el estudio ofrece una nueva base para futuras investigaciones sobre cómo estos diversos productos de oxidación podrían afectar la salud humana, particularmente en el contexto de dietas altas en alimentos procesados.
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