Comprehensive characterization of cholesterol oxidation products formed during thermal processing through targeted quantification and untargeted annotation
Cette étude établit un modèle d'oxydation thermique reproductible pour le cholestérol et emploie un flux de travail combinant les approches ciblée et non ciblée par LC-MS/MS pour caractériser de manière exhaustive le mélange complexe de produits d'oxydation résultant, révélant que le chauffage génère une gamme diversifiée de composés dérivés des stérols dépassant largement l'ensemble limité typiquement surveillé dans les analyses standards.
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Le cholestérol est une molécule familière dans l'alimentation humaine, une substance cireuse présente dans la viande, les œufs et les produits laitiers qui aide à construire les parois cellulaires et sert de brique élémentaire pour les hormones. Cependant, lorsque les aliments contenant ce lipide sont cuits, stockés pendant de longues périodes ou exposés à la lumière et à l'air, le cholestérol peut se décomposer. Ce processus, connu sous le nom d'oxydation, transforme la molécule originale en une variété de nouveaux composés appelés produits d'oxydation du cholestérol. Bien que le cholestérol original soit essentiel à la vie, ces nouveaux dérivés sont chimiquement différents et ont été liés à des effets nocifs dans le corps, tels que l'inflammation et les dommages aux vaisseaux sanguins. Alors que les régimes modernes reposent de plus en plus sur des aliments ultra-transformés qui subissent un chauffage intense, comprendre exactement ce qui arrive au cholestérol pendant ces processus de cuisson est devenu une question cruciale pour la sécurité alimentaire et la santé publique.
Une équipe de chercheurs de l'Université du Wisconsin–Madison s'est donné pour mission de cartographier le paysage chimique créé lorsque le cholestérol pur est chauffé. Ils voulaient aller au-delà de la liste limitée de produits de décomposition que les scientifiques recherchent habituellement et découvrir toute la gamme de nouvelles molécules qui apparaissent. Pour ce faire, ils ont créé une expérience contrôlée où ils ont pris de la poudre de cholestérol pur, l'ont dissoute dans un solvant et ont évaporé le liquide pour laisser un film mince et uniforme à l'intérieur d'un flacon en verre. Ils ont ensuite chauffé ce film à 145 degrés Celsius pendant 20 heures. Cette configuration spécifique a été choisie pour imiter les conditions rencontrées lors de la transformation industrielle des aliments tout en garantissant que la réaction se produise uniformément sur l'ensemble de l'échantillon. Après la période de chauffage, le matériau s'était transformé en une substance semi-solide de couleur ambre, indiquant qu'une transformation chimique significative avait eu lieu.
Les chercheurs ont d'abord mesuré l'ampleur de la dégradation du gras original en recherchant des hydroperoxydes lipidiques, qui sont des composés intermédiaires instables se formant tôt dans le processus d'oxydation. Ils ont constaté que le cholestérol chauffé contenait environ 3,5 fois plus de ces intermédiaires que l'échantillon témoin non chauffé. Cela a confirmé que la chaleur avait réussi à provoquer le processus d'oxydation. Ensuite, ils ont utilisé un instrument hautement sensible appelé spectromètre de masse pour identifier et compter six produits de décomposition spécifiques et bien connus, qui sont couramment surveillés dans les études de sécurité alimentaire. Ceux-ci comprenaient des composés tels que le 7-cétocholestérol et divers époxy- et hydroxy-cholestérols. Les résultats ont montré que, tandis que le cholestérol non chauffé ne contenait que des traces de ces produits, l'échantillon chauffé en était riche. Parmi les six composés connus, le 7-cétocholestérol était le plus abondant, représentant environ 8,5 % du matériau total mesuré, tandis que le cholestérol original passait de presque la totalité de l'échantillon à environ un tiers du total.
Cependant, la découverte la plus significative est survenue lorsque les chercheurs ont cessé de chercher uniquement les six composés connus pour scanner l'échantillon entier à la recherche de tout nouveau signal chimique. En utilisant un logiciel avancé pour organiser et comparer les milliers de signaux chimiques détectés, ils ont découvert que le cholestérol chauffé était bien plus complexe qu'on ne le pensait. Alors que les tests standards identifiaient seulement une poignée de produits, le scan non ciblé a révélé 921 caractéristiques chimiques distinctes dans l'échantillon chauffé, contre seulement 32 dans le témoin non chauffé. Cette augmentation massive de la diversité chimique suggère que le chauffage du cholestérol crée un vaste mélange de nouvelles substances, dont la plupart n'ont jamais été répertoriées ou nommées.
En comparant les empreintes chimiques de ces nouveaux signaux avec les bases de données existantes, l'équipe a pu confirmer la présence de quelques autres composés dérivés du cholestérol, tels que le 7α-hydroxy-4-cholestén-3-one et le cholest-4,6-dién-3-one, qui ne sont généralement pas inclus dans les tests de sécurité alimentaire standard. Ils ont également regroupé les signaux inconnus restants en familles basées sur la similitude de leurs structures apparentées. Ces familles étaient fortement présentes dans les échantillons chauffés mais étaient presque totalement absentes dans les échantillons non chauffés. Ce schéma suggère fortement que la chaleur a généré un large spectre de molécules apparentées qui partagent une origine commune, même si leurs structures exactes restent à définir. L'étude a également identifié quelques contaminants non liés au cholestérol apparus lors du chauffage, que les chercheurs ont soigneusement distingués des véritables produits d'oxydation pour garantir l'exactitude de leurs conclusions.
Ce travail démontre que la réalité chimique du cholestérol chauffé est beaucoup plus riche et compliquée que la courte liste de composés actuellement utilisés pour surveiller la sécurité alimentaire. Bien que les chercheurs aient réussi à établir une méthode fiable pour générer ces produits et à identifier plusieurs nouveaux candidats, ils ont noté que de nombreuses molécules détectées manquent encore d'identification définitive car les étalons de référence nécessaires n'existent pas encore dans les bibliothèques scientifiques. Cette lacune souligne la nécessité de recherches supplémentaires pour caractériser pleinement ces substances inconnues. En fournissant une méthode reproductible pour créer et analyser ces mélanges complexes, l'étude offre une nouvelle base pour de futures investigations sur la manière dont ces divers produits d'oxydation pourraient affecter la santé humaine, particulièrement dans le contexte de régimes riches en aliments transformés.
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