Comprehensive characterization of cholesterol oxidation products formed during thermal processing through targeted quantification and untargeted annotation
Questo studio stabilisce un modello di ossidazione termica riproducibile per il colesterolo e impiega un flusso di lavoro combinato di LC-MS/MS mirato e non mirato per caratterizzare in modo completo la risultante miscela complessa di prodotti di ossidazione, rivelando che il riscaldamento genera una vasta gamma di composti derivati dagli steroli che supera di gran lunga l'insieme limitato tipicamente monitorato nelle analisi standard.
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Il colesterolo è una molecola familiare nella dieta umana, una sostanza cerosa presente in carne, uova e latticini che aiuta a costruire le pareti cellulari e funge da mattone fondamentale per gli ormoni. Tuttavia, quando gli alimenti contenenti questo lipide vengono cucinati, conservati per lunghi periodi o esposti alla luce e all'aria, il colesterolo può degradarsi. Questo processo, noto come ossidazione, trasforma la molecola originale in una varietà di nuovi composti chiamati prodotti di ossidazione del colesterolo. Sebbene il colesterolo originale sia essenziale per la vita, questi derivati sono chimicamente diversi e sono stati collegati ad effetti dannosi nel corpo, come l'infiammazione e il danno ai vasi sanguigni. Poiché le diete moderne si affidano sempre più ad alimenti ultra-processati che subiscono un riscaldamento intenso, comprendere esattamente cosa accada al colesterolo durante questi processi di cottura è diventata una questione critica per la sicurezza alimentare e la salute pubblica.
Un team di ricercatori dell'Università del Wisconsin–Madison si è posto l'obiettivo di mappare il panorama chimico creato quando il colesterolo puro viene riscaldato. Volevano andare oltre l'elenco limitato di prodotti di degradazione che gli scienziati solitamente cercano e scoprire l'intera gamma di nuove molecole che compaiono. Per fare ciò, hanno creato un esperimento controllato in cui hanno preso polvere di colesterolo puro, l'hanno sciolta in un solvente e hanno fatto evaporare il liquido per lasciare un sottile strato uniforme all'interno di un pallone di vetro. Hanno poi riscaldato questo strato a 145 gradi Celsius per 20 ore. Questa configurazione specifica è stata scelta per simulare le condizioni presenti nella lavorazione industriale degli alimenti, garantendo al contempo che la reazione avvenisse uniformemente su tutto il campione. Dopo il periodo di riscaldamento, il materiale si era trasformato in una sostanza semisolida di colore ambrato, indicando che era avvenuta una significativa trasformazione chimica.
I ricercatori hanno prima misurato quanto il grasso originale avesse iniziato a degradarsi cercando idroperossidi lipidici, composti intermedi instabili che si formano nelle prime fasi del processo di ossidazione. Hanno scoperto che il colesterolo riscaldato conteneva circa 3,5 volte più di questi intermedi rispetto al campione di controllo non riscaldato. Ciò ha confermato che il calore aveva effettivamente innescato il processo di ossidazione. Successivamente, hanno utilizzato uno strumento altamente sensibile chiamato spettrometro di massa per identificare e contare sei specifici e ben noti prodotti di degradazione che vengono comunemente monitorati negli studi sulla sicurezza alimentare. Questi includevano composti come il 7-chetocolesterolo e vari epossido- e idrossi-colesteroli. I risultati hanno mostrato che, mentre il colesterolo non riscaldato conteneva solo tracce di questi prodotti, il campione riscaldato era ricco di essi. Tra i sei composti noti, il 7-chetocolesterolo era il più abbondante, costituendo circa l'8,5 percento del materiale totale, mentre il colesterolo originale era sceso dall'essere quasi l'intero campione a circa un terzo del totale.
Tuttavia, la scoperta più significativa è avvenuta quando i ricercatori hanno smesso di cercare solo i sei composti noti e hanno invece scansionato l'intero campione alla ricerca di qualsiasi nuovo segnale chimico. Utilizzando software avanzati per organizzare e confrontare i migliaia di segnali chimici rilevati, hanno scoperto che il colesterolo riscaldato era molto più complesso di quanto precedentemente pensato. Mentre i test standard identificavano solo una manciata di prodotti, la scansione non mirata ha rivelato 921 caratteristiche chimiche distinte nel campione riscaldato, rispetto alle sole 32 del controllo non riscaldato. Questo massiccio aumento della diversità chimica suggerisce che il riscaldamento del colesterolo crei una vasta miscela di nuove sostanze, la maggior parte delle quali non è mai stata catalogata o nominata.
Confrontando le impronte chimiche di questi nuovi segnali con i database esistenti, il team è stato in grado di confermare la presenza di alcuni ulteriori composti derivati dal colesterolo, come il 7α-idrossi-4-colesten-3-one e il cholest-4,6-dien-3-one, che non sono solitamente inclusi nei test standard sulla sicurezza alimentare. Hanno anche raggruppato i restanti segnali sconosciuti in famiglie basate sulla somiglianza delle loro strutture. Queste famiglie erano densamente popolate nei campioni riscaldati, ma erano quasi del tutto assenti in quelli non riscaldati. Questo schema suggerisce fortemente che il calore abbia generato uno spettro ampio di molecole correlate che condividono un'origine comune, anche se le loro strutture esatte rimangono da definire. Lo studio ha anche identificato alcuni contaminanti non derivati dal colesterolo apparsi durante il riscaldamento, che i ricercatori hanno accuratamente distinto dai veri prodotti di ossidazione per garantire l'accuratezza delle loro conclusioni.
Il lavoro dimostra che la realtà chimica del colesterolo riscaldato è molto più ricca e complicata della breve lista di composti attualmente utilizzati per monitorare la sicurezza alimentare. Sebbene i ricercatori abbiano stabilito con successo un metodo affidabile per generare questi prodotti e abbiano identificato diversi nuovi candidati, hanno osservato che molte delle molecole rilevate mancano ancora di un'identificazione definitiva perché i necessari standard di riferimento non esistono ancora nelle librerie scientifiche. Questa lacuna evidenzia la necessità di ulteriori ricerche per caratterizzare pienamente queste sostanze sconosciute. Fornendo un modo riproducibile per creare e analizzare queste miscele complesse, lo studio offre una nuova base per future indagini su come questi diversi prodotti di ossidazione possano influenzare la salute umana, in particolare nel contesto di diete ricche di alimenti lavorati.
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