Comprehensive characterization of cholesterol oxidation products formed during thermal processing through targeted quantification and untargeted annotation
Este estudo estabelece um modelo de oxidação térmica reprodutível para o colesterol e emprega um fluxo de trabalho combinado de LC-MS/MS direcionado e não direcionado para caracterizar de forma abrangente a mistura complexa resultante de produtos de oxidação, revelando que o aquecimento gera uma diversidade de compostos derivados de esteróis que excede em muito o conjunto limitado tipicamente monitorado em análises padrão.
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O colesterol é uma molécula familiar na dieta humana, uma substância cerosa encontrada em carne, ovos e laticínios que ajuda a construir paredes celulares e serve como um bloco de construção para hormônios. No entanto, quando os alimentos contendo esse lipídio são cozidos, armazenados por longos períodos ou expostos à luz e ao ar, o colesterol pode se decompor. Esse processo, conhecido como oxidação, transforma a molécula original em uma variedade de novos compostos chamados produtos de oxidação do colesterol. Embora o colesterol original seja essencial para a vida, esses derivados químicos são diferentes e têm sido associados a efeitos prejudiciais no corpo, como inflamação e danos aos vasos sanguíneos. Como as dietas modernas dependem cada vez mais de alimentos ultraprocessados que passam por aquecimento intenso, entender exatamente o que acontece com o colesterol durante esses processos de cozimento tornou-se uma questão crítica para a segurança alimentar e a saúde pública.
Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Wisconsin–Madison propôs-se a mapear o cenário químico criado quando o colesterol puro é aquecido. Eles queriam ir além da lista limitada de produtos de decomposição que os cientistas normalmente procuram e descobrir a gama completa de novas moléculas que aparecem. Para fazer isso, criaram um experimento controlado onde pegaram pó de colesterol puro, dissolveram-no em um solvente e evaporaram o líquido para deixar um filme fino e uniforme no interior de um frasco de vidro. Em seguida, aqueceram esse filme a 145 graus Celsius por 20 horas. Essa configuração específica foi escolhida para mimetizar as condições encontradas no processamento industrial de alimentos, garantindo ao mesmo tempo que a reação ocorresse uniformemente em toda a amostra. Após o período de aquecimento, o material transformou-se em uma substância semissólida e de cor âmbar, indicando que uma significativa transformação química havia ocorrido.
Os pesquisadores primeiro mediram quanto da gordura original havia começado a se degradar, procurando por hidroperóxidos lipídicos, que são compostos intermediários instáveis que se formam precocemente no processo de oxidação. Eles descobriram que o colesterol aquecido continha aproximadamente 3,5 vezes mais desses intermediários do que a amostra de controle não aquecida. Isso confirmou que o calor havia impulsionado com sucesso o processo de oxidação. Em seguida, utilizaram um instrumento altamente sensível chamado espectrômetro de massa para identificar e contar seis produtos específicos e bem conhecidos que são comumente monitorados em estudos de segurança alimentar. Estes incluíam compostos como o 7-cetocolesterol e vários epóxi- e hidroxicolesteróis. Os resultados mostraram que, enquanto o colesterol não aquecido continha apenas quantidades vestigiais desses produtos, a amostra aquecida era rica neles. Entre os seis compostos conhecidos, o 7-cetocolesterol foi o mais abundante, compondo cerca de 8,5 por cento do material total medido, enquanto o colesterol original caiu de ser quase a totalidade da amostra para apenas cerca de um terço do total.
No entanto, a descoberta mais significativa ocorreu quando os pesquisadores pararam de procurar apenas pelos seis compostos conhecidos e, em vez disso, escanearam toda a amostra em busca de quaisquer novos sinais químicos. Usando softwares avançados para organizar e comparar os milhares de sinais químicos detectados, eles descobriram que o colesterol aquecido era muito mais complexo do que se pensava anteriormente. Enquanto os testes padrão identificavam apenas um punhado de produtos, o escaneamento não direcionado revelou 921 características químicas distintas na amostra aquecida, em comparação com apenas 32 na amostra de controle não aquecida. Esse aumento massivo na diversidade química sugere que o aquecimento do colesterol cria uma vasta mistura de novas substâncias, a maioria das quais nunca foi catalogada ou nomeada.
Ao comparar as impressões digitais químicas desses novos sinais com bancos de dados existentes, a equipe foi capaz de confirmar a presença de alguns compostos adicionais derivados do colesterol, como o 7α-hidroxi-4-colesten-3-ona e o cholest-4,6-dien-3-ona, que não são normalmente incluídos em testes padrão de segurança alimentar. Eles também agruparam os sinais desconhecidos restantes em famílias baseadas na semelhança de suas estruturas. Essas famílias estavam fortemente povoadas nas amostras aquecidas, mas eram quase inteiramente ausentes nas amostras não aquecidas. Esse padrão sugere fortemente que o calor gerou um amplo espectro de moléculas relacionadas que compartilham uma origem comum, mesmo que suas estruturas exatas ainda não tenham sido definidas. O estudo também identificou alguns contaminantes não relacionados ao colesterol que apareceram durante o aquecimento, os quais os pesquisadores distinguiram cuidadosamente dos produtos de oxidação reais para garantir a precisidade de suas conclusões.
O trabalho demonstra que a realidade química do colesterol aquecido é muito mais rica e complicada do que a curta lista de compostos atualmente usados para monitorar a segurança alimentar. Embora os pesquisadores tenham estabelecido com sucesso um método confiável para gerar esses produtos e identificado vários novos candidatos, eles observaram que muitas das moléculas detectadas ainda carecem de identificação definitiva porque os padrões de referência necessários ainda não existem em bibliotecas científicas. Essa lacuna destaca a necessidade de mais pesquisas para caracterizar totalmente essas substâncias desconhecidas. Ao fornecer uma maneira reproduzível de criar e analisar essas misturas complexas, o estudo oferece uma nova base para investigações futuras sobre como esses diversos produtos de oxidação podem afetar a saúde humana, particularmente no contexto de dietas ricas em alimentos processados.
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