Effect of sorghum (Sorghum bicolor L.) on metabolic variables in adults

Abstract

Sorghum presents as a possibility of consumption to conventional cereals because it is an excellent source of bioactive compounds, which contribute to its high antioxidant capacity. Sorghum-based products can therefore be useful in reducing the risk of chronic noncommunicable diseases. This study aimed to evaluate the effect of the consumption of extruded sorghum-based preparations on the metabolic variables in adult subjects. To evaluate the effect of extruded sorghum consumption on the glycemic response of a subsequent meal (Article 1), 10 eutrophic and normoglycemic adults participated in 4 experimental sessions in which one of the 3 drinks containing different sorghum genotypes or a non-sorghum drink were consumed (control). Drinks were prepared by homogenizing the ingredients (sorghum flour, milk powder, cocoa powder, and sweetener) in 200 ml of mineral water. Thirty minutes after ingestion of one drink (all containing 25g of available carbohydrate) volunteers consumed a glucose solution. The glycemic response was monitored at times 0 (before glucose solution intake), 15, 30, 45, 60, 90 and 120 minutes (after consumption of the glucose solution). Results showed that ingestion of the P 3DXA drink (containing proanthocyanidins and 3- deoxyanthocyanidins) resulted in lower postprandial iAUC than the other sorghum containing drinks. Sorghum-containing drinks minimized the postprandial blood glucose peak compared to non-sorghum drink. Sorghum and wheat-based preparations (breakfast cereal and drinks) were developed for volunteers consumption in the intervention study (Article 2). These preparations were evaluated for sensory acceptance, occurrence and concentration of bioactive compounds (3-deoxyanthocyanidins, flavones, flavanones, total phenolics and vitamin E) and antioxidant capacity. Sorghum breakfast cereal was more widely accepted than whole wheat cereal. The sorghum cereal presented higher content of 3-deoxyanthocyanidins (100% higher), total phenolic compounds (98.2% higher) and antioxidant capacity (87.9% higher) than wheat breakfast cereal. Flavones and flavanones were not detected in both cereals. Vitamin E content was 78.6% higher in whole-wheat breakfast cereal. To evaluate the effect of the consumption of sorghum- based preparations in the control of metabolic variables (Article 3), 24 overweight men participated in the study. The randomized crossover study consisted of 2 periods of 8 weeks with at least 4 weeks of washout, in which volunteers were allocated in 2 treatments: consumption of sorghum or wheat-based preparations. Body composition, lipid and glycemic profile, insulin resistance, oxidative stress markers, serum vitamins and carotenoids, and caloric and macronutrient intake were evaluated at the beginning and at the end of each intervention period. The consumption of extruded sorghum for eight weeks led to a reduction in body weight, waist circumference, percentage of body fat and increased levels of glutathione peroxidase. To evaluate the effect of sorghum consumption on the composition of the intestinal microbiota, during the second stage of the intervention study, at the beginning and at the end of 8 weeks, a stool sample was collected from 22 participants and a blood sample was collected by venipuncture to determine the markers of inflammatory response. Stool samples were collected in sterile vials, kept under refrigeration and delivered in a maximum of 12 hours. Aliquots were stored at -80°C until analysis. The fecal hydrogen potential (pH) was measured in digital pHmeter immediately after sample preparation. Organic acids were determined by high performance liquid chromatography with refractive index detection. The composition of the intestinal microbiota was determined by PCR with the purpose of characterizing Proteobacteria, Firmicutes and Bacteroidetes. Inflammatory markers were analyzed by ELISA using specific kit ((HCYTOMAG-code 60K, Millipore). The consumption of extruded wheat reduced waist circumference, but increased fasting blood glucose. After 8 weeks of intervention, there was no change in faecal pH, organic acid concentration and microbiota composition in both groups. There was also no change in the inflammatory markers evaluated. It is suggested that the ingestion of sorghum-based preparations may be an effective measure to reduce postprandial blood glucose from the subsequent meal, improve glycemic control, assist in weight reduction, and improve oxidative stress. Consumption of whole grain sorghum-based cereals should be encouraged as it has good sensory acceptance and is a source of bioactive compounds that promote human health benefits. Further studies on the effect of sorghum consumption on the composition of the intestinal microbiota should be performed with a larger sample size or using more specific techniques.O sorgo apresenta-se como uma possibilidade de consumo aos cereais convencionais por ser uma excelente fonte de compostos bioativos, que contribuem para sua elevada capacidade antioxidante. Os produtos à base de sorgo podem, portanto, ser úteis para reduzir o risco de doenças crônicas não transmissíveis. Este estudo teve como objetivo avaliar o efeito do consumo de preparações à base de sorgo extrusado nas variáveis metabólicas em indivíduos adultos. Para avaliar o efeito do consumo de sorgo extrusado na resposta glicêmica de uma refeição subsequente (Artigo 1), 10 adultos eutróficos e normoglicêmicos participaram de 4 sessões experimentais em que foram consumidas umas das 3 bebidas contendo diferentes genótipos de sorgo ou uma bebida sem sorgo (controle). As bebidas foram preparadas homogeneizando-se os ingredientes (farinha de sorgo, leite em pó, cacau em pó, adoçante) em 200 mL de água mineral. Trinta minutos após a ingestão de uma das bebidas (todas contendo 25g de carboidrato disponível), os voluntários consumiram uma solução glicosada. A resposta glicêmica foi monitorada nos tempos 0 (antes da ingestão da solução glicosada), 15, 30, 45, 60, 90 e 120 minutos (após o consumo da solução glicosada). Os resultados mostraram que a ingestão da bebida contendo sorgo P 3DXA (rico em proantocianidinas e 3-desoxiantocianidinas) resultou em iAUC pós-prandial menor do que as outras bebidas contendo sorgo, e as bebidas contendo sorgo minimizaram o pico da glicemia pós-prandial. Foram desenvolvidas preparações à base de sorgo e trigo (cereal matinal e bebidas) para oferecimento aos voluntários do estudo de intervenção (Artigo 2). As preparações foram avaliadas quanto à aceitação sensorial, ocorrência e concentração de compostos bioativos (3- desoxiantocianidinas, flavonas, flavanonas, fenólicos totais e vitamina E) e capacidade antioxidante. O cereal matinal à base de sorgo integral teve maior aceitação que o cereal à base de trigo integral. O cereal de sorgo apresentou maior concentração de 3- desoxiantocianidinas (100% maior), compostos fenólicos totais (98,2% maior) e capacidade antioxidante (87,9% maior) que o cereal matinal de trigo. Flavonas e flavanonas não foram detectadas em ambos os cereais. A concentração de vitamina E foi 78,6% maior no cereal matinal à base de trigo integral. Para avaliar o efeito do consumo de preparações à base de sorgo extrusado no controle de variáveis metabólicas (Artigo 3), participaram do estudo 24 homens com excesso de peso. O estudo crossover randomizado consistiu de 2 períodos de 8 semanas com pelo menos 4 semanas de washout, em que os voluntários foram alocados em 2 tratamentos: consumo de preparações à base de sorgo ou à base de trigo. Foram avaliados composição corporal, perfil lipídico, glicêmico e resistência à insulina, marcadores de extresse oxidativo, vitaminas séricas e carotenoides, e ingestão calórica e de macronutrientes, ao início e ao final de cada período de intervenção. O consumo de sorgo extrusado por 8 semanas levou à redução no peso corporal, perímetro da cintura, percentual de gordura corporal e aumentou níveis de glutationa peroxidase plasmática. O consumo de trigo extrusado reduziu o perímetro da cintura, porém aumentou a glicemia de jejum. Para avaliar o efeito do consumo de sorgo na composição da microbiota intestinal (Artigo 4), durante a segunda etapa do estudo de intervenção, ao início e ao final de 8 semanas, foi coletada uma amostra de fezes dos 22 participantes e foi coletada amostra de sangue por punção venosa para determinar os marcadores de resposta inflamatória. As amostras de fezes foram coletadas em frascos estéreis, mantidas sob refrigeração e entregues em no máximo 12 horas. Alíquotas foram armazenadas a -80oC até o momento das análises. O potencial hidrogeniônico (pH) fecal foi mensurado em pHmetro digital imediatamente após o preparo da amostra. Os ácidos orgânicos foram determinados por cromatografia líquida de alta eficiência com detecção por índice de refração. A composição da microbiota intestinal foi determinada por PCR com a finalidade de caracterizar os filos Proteobacteria, Firmicutes e Bacteroidetes. Os marcadores inflamatórios foram analisados por ELISA, utilizando kit específico ((HCYTOMAG-code 60K, Millipore). Após as 8 semanas de intervenção, não houve alteração no pH fecal, na concentração dos ácidos orgânicos e na composição da microbiota intestinal em ambos os grupos. Também não houve alteração nos marcadores inflamatórios avaliados. Sugere-se que a ingestão de preparações contendo sorgo pode ser uma medida eficaz para reduzir a glicemia pós-prandial da refeição subsequente, melhorar o controle glicêmico, auxiliar na redução de peso e na melhora do estresse oxidativo. O consumo de cereais matinais à base de sorgo integral deve ser encorajado, uma vez que tem boa aceitação sensorial e é uma fonte de compostos bioativos que podem promover benefícios para a saúde humana. Mais estudos a respeito do efeito do consumo de sorgo na composição da microbiota intestinal devem ser realizados com tamanho amostral maior ou utilizando técnicas mais específicas.