Effect of extruded BRS305 sorghum [Sorghum bicolor (L.) Moench] beverage associated or not with Lacticaseibacillus paracasei on the metabolic response of normal weight and overweight adults

Abstract

Introduction: Sorghum is an environmentally sustainable and drought-resistant cereal, rich in phenolic compounds, which can provide health benefits to eutrophic, overweight and obese individuals. Objective: To evaluate the effect of extruded BRS305 sorghum [Sorghum bicolor (L.) Moench] beverage associated or not with Lacticaseibacillus paracasei on the metabolic response of eutrophic and overweight individuals. Methodology: Three studies were conducted: an acute study, a pilot study, and a chronic study. In the acute study, sorghum flour was characterized, followed by the development of the beverages and a sensory analysis involving 60 adults. Subsequently, an acute clinical trial was conducted with 14 normoglycemic individuals, in whom glucagon-like peptide-1 concentration, glycemic and insulinemic responses, glycemic index, food intake, and subjective appetite sensations were analyzed. For the pilot study, a 10-week randomized, controlled, single-blind clinical trial was conducted, where 30 volunteers were randomly assigned to three groups: extruded sorghum beverage (ESB), extruded sorghum beverage with L. paracasei (ESPB), and a control beverage (CB). The chemical composition of the beverages was analyzed. Assessments included body composition, biochemical markers, gastrointestinal symptoms, stool consistency, intestinal permeability, short-chain fatty acids, fecal pH, and L. paracasei DNA concentration in feces at baseline and at the end of the intervention. For the chronic study, 51 participants were assigned to consume either the sorghum beverage (n = 25) or a control beverage (n = 26), daily for 10 weeks, alongside a personalized hypocaloric diet. The beverages phenolic profile was analyzed. Anthropometry, body composition, biochemical markers, oxidative stress, blood metabolite markers, fecal pH, short-chain fatty acids content, and Bristol stool scales were assessed at baseline and endpoint. Results: Paper 1: The germinated and extruded BRS305 sorghum flour presented resistant starch, condensed tannins, and phenolic compounds with relevant antioxidant activity. Among the developed beverages, the strawberry-flavored one was the most accepted and was selected for the acute clinical study, in which it increased glucagon-like peptide-1(GLP-1), and decreased the incremental area under the insulin curve and the sensation of “hunger,” while maintaining glycemic and improving insulinemic response in normoglycemic individuals compared to the control beverage. Subjective sensations of “satisfaction” and “fullness,” as well as the composite satiety score, were higher at all time points for the sorghum beverage. Paper 2: The ESB showed superior nutritional composition compared to the CB, particularly in terms of resistant starch, total phenolic compounds, condensed tannins, and antioxidant capacity. Both ESB and ESPB positively influenced body composition (estimated visceral fat and waist volume), biochemical markers (Castelli index I), and intestinal health (Bristol stool scale, diarrhea score, valeric acid content, and L. paracasei DNA concentration in feces) at endpoint. No changes were observed in the control group. Paper 3: The sorghum beverage exhibited a high diversity of phenolic compounds, including phenolic acids, flavonoids, and tannins, which reflected in higher plasma concentrations of acids phenolic sorghum group (SG) at the endpoint compared to the control group (CG), along with an increase in total antioxidant capacity at delta and intra-group. In the SG, superoxide dismutase and malondialdehyde decreased in intra-group, while catalase decreased at delta. In contrast, CG decreased nitric oxide levels and increased body fat percentage in intra-group. SG decreased insulin, triglycerides, HOMA-IR, and TyG index intra-group, maintaining body fat percentage; increased HDL-c and decreased Castelli I index at the endpoint. Further, there was decrease in Castelli II index at delta. SG also decreased fecal pH and increased acetic acid content at endpoint and delta. Conclusion: Extruded BRS305 sorghum beverages promoted health benefits in normoglycemic adults, improving insulin levels and satiety, and in overweight individuals, improving body composition, biochemical markers, oxidative balance and intestinal health. The results reinforce the functional potential of whole sorghum in promoting metabolic health. Keywords: probiotic; dietary fiber; phenolic compounds; obesity; glycemia; VAS; intestinal health

Introdução: O sorgo é um cereal ambientalmente sustentável e resistente à seca, rico em compostos fenólicos, que pode proporcionar benefícios à saúde de indivíduos eutróficos, com sobrepeso e obesos. Objetivo: Avaliar o efeito de uma bebida de sorgo BRS305 [Sorghum bicolor (L.) Moench], associada ou não ao Lacticaseibacillus paracasei, na resposta metabólica de indivíduos eutróficos e com excesso de peso. Metodologia: Foram conduzidos três estudos: um estudo agudo, um piloto e um estudo crônico. No estudo agudo, a farinha de sorgo foi caracterizada, seguida do desenvolvimento das bebidas e da análise sensorial com 60 adultos. Posteriormente, foi realizado um ensaio clínico agudo com 14 indivíduos normoglicêmicos, nos quais foram analisados a concentração de peptídeo-1 semelhante ao glucagon, resposta glicêmica e insulínica, índice glicêmico, consumo alimentar e as sensações subjetivas de apetite. No estudo piloto, foi conduzido um ensaio clínico randomizado, controlado, simples cego, com duração de 10 semanas. Trinta voluntários foram distribuídos aleatoriamente em três grupos: bebida de sorgo extrudado (ESB), bebida de sorgo extrudado com L. paracasei (ESPB) e bebida controle (CB). A composição química das bebidas foi analisada. Foram avaliadas a composição corporal, marcadores bioquímicos, sintomas gastrointestinais, consistência das fezes, permeabilidade intestinal, ácidos graxos de cadeia curta, pH fecal e concentração de DNA de L. paracasei nas fezes, no início e ao final da intervenção. No estudo crônico, 51 participantes foram designados para consumir a bebida de sorgo (n =25) ou uma bebida de controle (n = 26), diariamente, durante 10 semanas, juntamente com uma dieta hipocalórica personalizada. O perfil fenólico das bebidas foi analisado. Antropometria, composição corporal, marcadores bioquímicos, estresse oxidativo, marcadores de metabólitos sanguíneos, pH fecal, concentração de ácidos graxos de cadeia curta e escalas de fezes de Bristol foram avaliados no início e no final do estudo. Resultados: Artigo 1: A farinha de sorgo BRS305 germinado e extrudado, apresentou amido resistente, taninos condensados e compostos fenólicos com importante atividade antioxidante. Dentre as bebidas desenvolvidas, a de sabor morango foi a mais aceita, sendo selecionada para o estudo clínico agudo, onde houve aumento do glucagon-like peptide-1(GLP-1) e redução da área incremental sob a curva de insulina e a sensação de “fome”, mantendo as respostas glicêmica e insulínica em indivíduos normoglicêmicos, em comparação à bebida controle. As sensações subjetivas de “satisfação” e “saciedade”, bem como o escore composto de saciedade, foram superiores em todos os momentos avaliados para a bebida de sorgo. Artigo 2: A bebida de sorgo ESB apresentou composição nutricional superior à CB, especialmente em relação ao teor de amido resistente, compostos fenólicos totais, taninos condensados e capacidade antioxidante. Tanto a ESB quanto a ESPB impactaram positivamente na composição corporal (gordura visceral estimada e volume de cintura), em marcadores bioquímicos (índice de Castelli I) e na saúde intestinal (escala de fezes de Bristol, escore de diarreia, conteúdo de ácido valérico e concentração de DNA de L. paracasei nas fezes) no final do estudo. Nenhuma mudança foi observada no grupo controle. Artigo 3: A bebida de sorgo exibiu alta diversidade de compostos fenólicos, incluindo ácidos fenólicos, flavonoides e taninos, o que refletiu em maiores concentrações plasmáticas de ácidos fenólicos no grupo sorgo (SG) no final da intervenção em comparação ao grupo controle (GC), juntamente com aumento na capacidade antioxidante total (delta e intragrupo). No SG, superóxido dismutase e malondialdeído diminuíram intragrupo, enquanto a catalase diminuiu no delta. Em contraste, o GC diminuiu os níveis de óxido nítrico e aumentou o percentual de gordura corporal intragrupo. O SG diminuiu a insulina, os triglicerídeos, o HOMA-IR e o índice TyG intragrupo, mantendo o percentual de gordura corporal; aumentou o HDL-c e diminuiu o índice de Castelli I no final da intervenção. Além disso, houve redução do índice de Castelli II no delta. O SG também diminuiu o pH fecal e aumentou o conteúdo de ácido acético no final da intervenção e no delta. Conclusão: As bebidas sorgo BRS305 extrudado promoveram benefícios à saúde em adultos normoglicêmicos, melhorando dos níveis de insulina e saciedade, e em indivíduos com sobrepeso, melhorando a composição corporal, marcadores bioquímicos, balanço oxidativo e saúde intestinal. Os resultados reforçam o potencial funcional do sorgo integral na promoção da saúde metabólica. Palavras-chave: probiótico; fibraalimentar; compostos fenólicos; obesidade; glicemia; VAS; saúde intestinal