Comprehensive characterization of cholesterol oxidation products formed during thermal processing through targeted quantification and untargeted annotation
यह अध्ययन कोलेस्ट्रॉल के लिए एक पुनरुत्पादक तापीय ऑक्सीकरण मॉडल स्थापित करता है और परिणामी जटिल मिश्रण के ऑक्सीकरण उत्पादों के व्यापक लक्षण वर्णन के लिए एक संयुक्त लक्षित और गैर-लक्षित LC-MS/MS वर्कफ़्लो का उपयोग करता है, जिससे यह पता चलता है कि ऊष्मीकरण से स्टेरॉल-व्युत्पन्न यौगिकों की एक विविध श्रृंखला उत्पन्न होती है जो मानक विश्लेषणों में आमतौर पर निगरानी किए जाने वाले सीमित सेट से कहीं अधिक है।
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कोलेस्ट्रॉल मानव आहार में एक परिचित अणु है, जो मांस, अंडे और डेयरी में पाया जाने वाला एक मोमी पदार्थ है जो कोशिका भित्तियों के निर्माण में मदद करता है और हार्मोन के निर्माण खंड के रूप में कार्य करता है। हालाँकि, जब इस लिपिड युक्त खाद्य पदार्थों को पकाया जाता है, लंबे समय तक संग्रहीत किया जाता है, या प्रकाश और हवा के संपर्क में लाया जाता है, तो कोलेस्ट्रॉल टूट सकता है। यह प्रक्रिया, जिसे ऑक्सीकरण (oxidation) कहा जाता है, मूल अणु को विभिन्न नए यौगिकों में बदल देती है जिन्हें कोलेस्ट्रॉल ऑक्सीकरण उत्पाद (cholesterol oxidation products) कहा जाता है। जबकि मूल कोलेस्ट्रॉल जीवन के लिए आवश्यक है, ये नए व्युत्पन्न रासायनिक रूप से भिन्न हैं और शरीर में हानिकारक प्रभावों, जैसे कि सूजन और रक्त वाहिकाओं को नुकसान पहुँचाने से जुड़े हुए हैं। चूँकि आधुनिक आहार तेजी से उन अल्ट्रा-प्रोसेस्ड खाद्य पदार्थों पर निर्भर हो रहा है जो तीव्र ऊष्मा (heating) से गुजरते हैं, इसलिए इन खाना पकाने की प्रक्रियाओं के दौरान कोलेस्ट्रॉल के साथ वास्तव में क्या होता है, इसे समझना खाद्य सुरक्षा और सार्वजनिक स्वास्थ्य के लिए एक महत्वपूर्ण प्रश्न बन गया है।
विस्कॉन्सिन-मैडिसन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने यह मानचित्रण करने का प्रयास किया कि शुद्ध कोलेस्ट्रॉल को गर्म करने पर कैसा रासायनिक परिदृश्य बनता है। वे उन सीमित उत्पादों की सूची से आगे बढ़ना चाहते थे जिन्हें वैज्ञानिक आमतौर पर देखते हैं और उन सभी नए अणुओं की खोज करना चाहते थे जो प्रकट होते हैं। ऐसा करने के लिए, उन्होंने एक नियंत्रित प्रयोग बनाया जहाँ उन्होंने शुद्ध कोलेस्ट्रॉल पाउडर लिया, उसे एक विलायक (solvent) में घोला, और तरल को वाष्पित कर दिया ताकि कांच के फ्लास्क के अंदर एक पतली, समान परत बच जाए। फिर उन्होंने इस परत को 145 डिग्री सेल्सियस पर 20 घंटों तक गर्म किया। यह विशिष्ट सेटअप औद्योगिक खाद्य प्रसंस्करण में पाई जाने वाली स्थितियों की नकल करने और यह सुनिश्चित करने के लिए चुना गया था कि प्रतिक्रिया नमूने में समान रूप से हो। हीटिंग अवधि के बाद, सामग्री एक अर्ध-ठोस, एम्बर-रंग के पदार्थ में बदल गई, जो यह संकेत देता है कि एक महत्वपूर्ण रासायनिक परिवर्तन हुआ है।
शोधकर्ताओं ने सबसे पहले यह मापने के लिए कि मूल वसा कितनी विघटित हुई है, लिपिड हाइड्रोपरऑक्साइड्स (lipid hydroperoxides) की तलाश की, जो ऑक्सीकरण प्रक्रिया के शुरुआती चरणों में बनने वाले अस्थिर मध्यवर्ती यौगिक हैं। उन्होंने पाया कि गर्म किए गए कोलेस्ट्रॉल में बिना गर्म किए गए नियंत्रण नमूने की तुलना में इन मध्यवर्ती यौगिकों की मात्रा लगभग 3.5 गुना अधिक थी। इसने पुष्टि की कि ऊष्मा ने सफलतापूर्वक ऑक्सीकरण प्रक्रिया को संचालित किया है। इसके बाद, उन्होंने ज्ञात करने और गिनने के लिए एक अत्यधिक संवेदनशील उपकरण जिसका नाम मास स्पेक्ट्रोमीटर (mass spectrometer) है, का उपयोग किया कि छह विशिष्ट, सुप्रसिद्ध टूटे हुए उत्पाद कौन से हैं जिनका खाद्य सुरक्षा अध्ययनों में सामान्यतः निरीक्षण किया जाता है। इनमें 7-केटोकोलेस्ट्रॉल (7-ketocholesterol) और विभिन्न एपॉक्सी- एवं हाइड्रोक्सी-कोलेस्ट्रॉल जैसे यौगिक शामिल थे। परिणामों ने दिखाया कि जबकि बिना गर्म किए गए कोलेस्ट्रॉल में इन उत्पादों की केवल सूक्ष्म मात्रा थी, गर्म किए गए नमूने में ये प्रचुर मात्रा में थे। छह ज्ञात यौगिकों में से, 7-केटोकोलेस्ट्रॉल सबसे प्रचुर मात्रा में था, जो कुल मापे गए पदार्थ का लगभग 8.5 प्रतिशत था, जबकि मूल कोलेस्ट्रॉल लगभग पूरे नमूने से घटकर कुल का केवल एक-तिहाई रह गया।
हालाँकि, सबसे महत्वपूर्ण खोज तब हुई जब शोधकर्ताओं ने केवल छह ज्ञात यौगिकों को देखना बंद कर दिया और इसके बजाय किसी भी नए रासायनिक संकेतों के लिए पूरे नमूने को स्कैन किया। हजारों रासायनिक संकेतों को व्यवस्थित करने और तुलना करने के लिए उन्नत सॉफ्टवेयर का उपयोग करते हुए, उन्होंने पाया कि गर्म किया गया कोलेस्ट्रॉल पहले की तुलना में कहीं अधिक जटिल था। जबकि मानक परीक्षणों ने केवल कुछ ही उत्पादों की पहचान की, अनटारगेटेड स्कैन (untargeted scan) ने गर्म किए गए नमूने में 921 विशिष्ट रासायनिक विशेषताओं का पता लगाया, जबकि बिना गर्म किए गए नियंत्रण नमूने में केवल 32 थीं। रासायनिक विविधता में यह भारी वृद्धि यह सुझाव देती है कि कोलेस्ट्रॉल को गर्म करने से नए पदार्थों का एक विशाल मिश्रण बनता है, जिनमें से अधिकांश को अभी तक सूचीबद्ध या नाम नहीं दिया गया है।
इन नए संकेतों के रासायनिक फिंगरप्रिंट की मौजूदा डेटाबेस के साथ तुलना करके, टीम 7α-हाइड्रॉक्सी-4-कोलेस्टेन-3-ओन (7α-hydroxy-4-cholesten-3-one) और कोलेस्ट-4,6-डाईन-3-ओन (cholest-4,6-dien-3-one) जैसे कुछ अतिरिक्त कोलेस्ट्रॉल-व्युत्पन्न यौगिकों की उपस्थिति की पुष्टि करने में सक्षम रही, जो आमतौर पर मानक खाद्य सुरक्षा परीक्षणों में शामिल नहीं होते हैं। उन्होंने शेष अज्ञात संकेतों को उनकी संरचनात्मक समानता के आधार पर परिवारों में भी वर्गीकृत किया। ये परिवार गर्म किए गए नमूनों में भारी संख्या में मौजूद थे लेकिन बिना गर्म किए गए नमूनों में लगभग अनुपस्थित थे। यह पैटर्न दृढ़ता से सुझाव देता है कि ऊष्मा ने संबंधित अणुओं का एक विस्तृत स्पेक्ट्रम उत्पन्न किया है जो एक सामान्य उत्पत्ति साझा करते हैं, भले ही उनकी सटीक संरचनाएं अभी तक परिभाषित न हों। अध्ययन ने कुछ गैर-कोलेस्ट्रॉल संदूषकों (non-cholesterol contaminants) की भी पहचान की जो हीटिंग के दौरान दिखाई दिए, जिन्हें शोधकर्ताओं ने अपने निष्कर्षों की सटीकता सुनिश्चित करने के लिए वास्तविक ऑक्सीकरण उत्पादों से सावधानीपूर्वक अलग किया।
यह कार्य प्रदर्शित करता है कि गर्म किए गए कोलेस्ट्रॉल की रासायनिक वास्तविकता खाद्य सुरक्षा की निगरानी के लिए उपयोग किए जाने वाले संक्षिप्त यौगिकों की सूची की तुलना में बहुत अधिक समृद्ध और जटिल है। जबकि शोधकर्ताओं ने इन उत्पादों को उत्पन्न करने के लिए एक विश्वसनीय विधि सफलतापूर्वक स्थापित की और कई नए उम्मीदवारों की पहचान की, उन्होंने उल्लेख किया कि पहचाने गए कई अणुओं की पहचान अभी भी स्पष्ट रूप से नहीं हो पाई है क्योंकि आवश्यक संदर्भ मानक (reference standards) वैज्ञानिक पुस्तकालयों में मौजूद नहीं हैं। यह अंतर इन अज्ञात पदार्थों को पूरी तरह से समझने के लिए आगे के अनुसंधान की आवश्यकता को रेखांकित करता है। इन जटिल मिश्रणों को बनाने और विश्लेषण करने का एक पुनरुत्पादक तरीका प्रदान करके, यह अध्ययन इस बात की जांच के लिए एक नया आधार प्रदान करता है कि ये विविध ऑक्सीकरण उत्पाद मानव स्वास्थ्य को कैसे प्रभावित कर सकते हैं, विशेष रूप से प्रोसेस्ड फूड पर आधारित आहार के संदर्भ में।
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