Comprehensive characterization of cholesterol oxidation products formed during thermal processing through targeted quantification and untargeted annotation
Deze studie stelt een reproduceerbaar thermisch oxidatiemodel voor cholesterol vast en maakt gebruik van een gecombineerde gerichte en ongerichte LC-MS/MS-workflow om het resulterende complexe mengsel van oxidatieproducten uitgebreid te karakteriseren, waarbij wordt onthuld dat verhitting een diverse reeks sterol-afgeleide verbindingen genereert die de beperkte set die gewoonlijk in standaardanalyses wordt gemonitord, ver overstijgt.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
Cholesterol is een bekend molecuul in het menselijke dieet, een wasachtige substantie die te vinden is in vlees, eieren en zuivel, die helpt bij het opbouwen van celwanden en dient als bouwsteen voor hormonen. Echter, wanneer voedingsmiddelen die dit lipide bevatten worden gekookt, langdurig worden bewaard of worden blootgesteld aan licht en lucht, kan de cholesterol afbreken. Dit proces, bekend als oxidatie, transformeert het oorspronkelijke molecuul in een verscheidenheid aan nieuwe verbindingen die cholesteroloxidatieproducten worden genoemd. Hoewel de oorspronkelijke cholesterol essentieel is voor het leven, zijn deze nieuwe derivaten chemisch verschillend en zijn ze in verband gebracht met schadelijke effecten in het lichaam, zoals ontsteking en schade aan bloedvaten. Nu moderne diëten steeds vaker leunen op ultra-bewerkte voedingsmiddelen die onderhevig zijn aan intense verhitting, is het begrijpen van wat er precies met cholesterol gebeurt tijdens deze kookprocessen een cruciale vraag geworden voor de voedselveiligheid en de volksgezondheid.
Een team onderzoekers aan de University of Wisconsin–Madison zette zich af om het chemische landschap in kaart te brengen dat ontstaat wanneer zuivere cholesterol wordt verhit. Ze wilden verder gaan dan de beperkte lijst van afbraakproducten waar wetenschappers gewoonlijk naar zoeken en de volledige reikwijdte van nieuwe moleculen ontdekken die verschijnen. Om dit te doen, creëerden ze een gecontroleerd experiment waarbij ze zuivere cholesterolpoeder namen, het oplosten in een oplosmiddel en de vloeistof verdampten om een dunne, evenmatige film achter te laten aan de binnenkant van een glazen kolf. Ze verhitten deze film vervolgens op 145 graden Celsius gedurende 20 uur. Deze specifieke opstelling werd gekozen om de omstandigheden na te bootsen die worden aangetroffen bij industriële voedselverwerking, terwijl werd gewaarborgd dat de reactie gelijkmatig over het monster plaatsvond. Na de verwarmingsperiode was het materiaal veranderd in een halfvaste, amberkleurige substantie, wat erop wijst dat er een significante chemische transformatie heeft plaatsgevonden.
De onderzoekers maten eerst hoeveel van het oorspronkelijke vet was gedegradeerd door te kijken naar lipidenhydroperoxiden, onstabiele intermediaire verbindingen die vroeg in het oxidatieproces ontstaan. Ze ontdekten dat de verhitte cholesterol ongeveer 3,5 keer meer van deze intermediairen bevatte dan het onverhitte controlemiddel. Dit bevestigde dat de hitte het oxidatieproces succesvol had gedreven. Vervolgens gebruikten ze een zeer gevoelig instrument, een massaspectrometer, om zes specifieke, bekende afbraakproducten te identificeren en te tellen die gewoonlijk worden gemonitord in voedselveiligheidsstudies. Deze omvatten verbindingen zoals 7-ketocholesterol en diverse epoxy- en hydroxycholesterolen. De resultaten toonden aan dat, terwijl de onverhitte cholesterol slechts sporen van deze producten bevatte, de verhitte sample rijk was aan deze stoffen. Onder de zes bekende verbindingen was 7-ketocholesterol het meest abundant, goed voor ongeveer 8,5 procent van het totale gemeten materiaal, terwijl de oorspronkelijke cholesterol daalde van bijna het gehele monster naar slechts ongeveer een derde van het totaal.
De meest significante ontdekking kwam echter toen de onderzoekers stopten met alleen zoeken naar de zes bekende verbindingen en in plaats daarvan de gehele sample scanten op zoek naar elk nieuw chemisch signaal. Door geavanceerde software te gebruiken om de duizenden gedetecteerde chemische signalen te organiseren en te vergelijken, ontdekten ze dat de verhitte cholesterol veel complexer was dan voorheen gedacht. Terwijl de standaardtests slechts een handvol producten identificeerden, onthulde de ongerichte scan 921 onderscheidende chemische kenmerken in de verhitte sample, vergeleken met slechts 32 in de onverhitte controle. Deze enorme toename in chemische diversiteit suggereert dat verhitting van cholesterol een uitgestrekte mengeling van nieuwe stoffen creëert, waarvan de meeste nog nooit in een catalogus zijn opgenomen of benoemd.
Door de chemische vingerafdrukken van deze nieuwe signalen te vergelijken met bestaande databases, was het team in staat de aanwezigheid van enkele aanvullende cholesterol-afgeleide verbindingen te bevestigen, zoals 7α-hydroxy-4-cholesten-3-one en cholest-4,6-dien-3-one, die gewoonlijk niet in standaard voedselveiligheidstests zijn opgenomen. Ze groepeerden de resterende onbekende signalen ook in families op basis van hoe vergelijkbaar hun structuren waren. Deze families waren sterk aanwezig in de verhitte samples, maar waren vrijwel geheel afwezig in de onverhitte monsters. Dit patroon suggereert sterk dat de hitte een breed spectrum aan gerelateerde moleculen heeft gegenereerd die een gemeenschappelijke oorsprong delen, zelfs als hun exacte structuren nog niet gedefinieerd zijn. De studie identificeerde ook een aantal niet-cholesterol contaminanten die tijdens de verhitting verschenen, die de onderzoekers zorgvuldig onderscheidden van de werkelijke oxidatieproducten om de nauwkeurigheid van hun conclusies te waarborgen.
Het werk demonstreert dat de chemische realiteit van verhitte cholesterol veel rijker en ingewikkelder is dan de korte lijst van verbindingen die momenteel wordt gebruikt om de voedselveiligheid te monitoren. Hoewel de onderzoekers erin slaagden een betrouwbare methode te vestigen om deze producten te genereren en identificeerden ze verschillende nieuwe kandidaten, merkten ze op dat veel van de gedetecteerde moleculen nog steeds een definitieve identificatie missen omdat de benodigde referentiestandaarden nog niet in wetenschappelijke bibliotheken bestaan. Deze kloof benadrukt de noodzaak van verder onderzoek om deze onbekende stoffen volledig te karakteriseren. Door een reproduceerbare manier te bieden om deze complexe mengsels te creëren en te analyseren, biedt de studie een nieuw fundament voor toekomstig onderzoek naar hoe deze diverse oxidatieproducten de menselijke gezondheid kunnen beïnvloeden, met name in de context van diëten die rijk zijn aan bewerkte voedingsmiddelen.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.