Sorghum: variability of nutrients and bioactive compounds and their heat processing stability

Abstract

Sorghum is the fifth most produced cereal in the world. This cereal is a source of nutrients and bioactive compounds, especially 3- deoxyanthocyanidins, tannins, and polycosanols, which beneficially modulate parameters related to non-communicable diseases. Sorghum needs to be processed prior to use for human consumption, which may change its antioxidant compounds. This study aimed to evaluate the variability of nutrients and bioactive compounds in sorghum (Sorghum bicolor L.) and their stability to extrusion and dry heat in a conventional oven. One hundred sorghum genotypes were selected from a core collection with high genetic variability from Embrapa Maize and Sorghum (Sete Lagoas, MG, Brazil) and the content of carotenoid and vitamin E were analyzed by high performance liquid chromatography (HPLC) with diode array detector. The genetic variability of carotenoids and tocochromanols in 100 sorghum genotypes were assessed by Tocher’s clustering technique. The one hundred sorghum genotypes showed high variability in tocochromanol content (280.7-2,962.4 μg/100g in wet basis) and 23% of the genotypes were classified as source of vitamin E. Also, the total carotenoid content varied from 2.12 to 85.46 μg/100g in the one hundred sorghum genotypes. According to the genetic variability for carotenoids and tocochromanols, the 100 genotypes were divided into seven groups genetically distinct from each other. From 100 genotypes, three sorghum genotypes were selected (genotype SC319; genotype B.DLO357 and genotype SC391) and submitted to three types of treatment: F1) Raw flour: grains ground in a micro-rotor analytical mill (850 μm); F2) Dry heat in a conventional oven/milling (Oven/ milling): whole grains subjected to dry heat in a conventional oven (DHCO) (121 ° 25 min) and C, subsequently, ground in a micro-rotor analytical mill (850 μm); F3) Extrusion/milling: grains extruded in a co-rotating twin-screw. The grains of the three processed genotypes were characterized according to the content of carotenoids, 3-deoxianthocyanidins, flavones and flavanones, that were determined by HPLC with diode array detector; the vitamin E content and the degree of polymerization of proanthocyanidins, that were analyzed by HPLC with fluorescence detection; and the total phenolics compounds and the antioxidant activity, that were determined by spectrophotometry. Data normality on the stability of antioxidant compounds was assessed using the Shapiro-Wilk test and the differences between treatments were evaluated by ANOVA, followed by Duncan test to compare the treatment averages, at 5% probability. The retention of the total tocochromanols and α-tocopherol equivalent decreased after extrusion (69.1-84.8% and 52.4-85.0%, respectively) but increased after DHCO (106.8-114.7% and 109.9-115.8%, respectively). Sorghum carotenoids were sensitive to extrusion (30.7-37.1%) and DHCO (58.6-79.2%). The content of flavanones and flavones decreased after extrusion (100%) and DHCO (31.7 to 61.6%). The 3-DXAs were stable in DHCO, but were susceptible to extrusion (70.7 to 93.9%). Proanthocyanidins were identified only in the genotype SC391 and reduced after both treatments (DHCO: 39.2% and extrusion: 52.1%). Phenols decreased in the genotype SC319 submitted to DHCO (8.3%) and in all extruded genotypes (13.6-14.9%). The DHCO increased the antioxidant capacity in all genotypes, whereas extrusion reduced the antioxidant capacity in only two genotypes. In conclusion, the tocochromanols profile in sorghum varied widely and the genotypes presented high genetic variability for carotenoids and tocochromanols. Sorghum was a source of tocochromanols, which increased after DHCO and decreased after extrusion. The carotenoid content in sorghum decreased after DHCO and extrusion. The differential stability of the major flavonoids in sorghum was observed under DHCO and extrusion treatments, implying that different processing techniques can be selected to minimize losses of bioactive polyphenols in sorghum depending on the flavonoid composition.

O sorgo é o quinto cereal mais produzido no mundo e considerado uma fonte de nutrientes e de compostos bioativos, especialmente 3- deoxiantocianidinas, taninos, vitamina E, policosanóis e outros compostos antioxidantes, que modulam beneficamente parâmetros relacionados com doenças não transmissíveis. Antes da utilização para consumo humano, o sorgo precisa ser processado, o que pode alterar os seus nutrientes e compostos bioativos. Este estudo teve como objetivo avaliar a variabilidade de nutrientes e compostos bioativos em sorgo (Sorghum bicolor L.) e a estabilidade deles à extrusão e processamento em forno convencional, utilizando calor seco. Cem genótipos de sorgo foram selecionados a partir de uma coleção com alta variabilidade genética da Embrapa Milho e Sorgo (Sete Lagoas, MG, Brasil) e analisados quanto aos teores de carotenoides e vitamina E (tococromanois) por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) com detector de arranjo de diodos (DAD). A variabilidade genética de carotenoides e tococromanois em 100 genótipos de sorgo foi avaliada pela técnica de agrupamento de Tocher. Os cem genótipos de sorgo apresentaram alta variabilidade nos teores de tococromanois (280,7-2.962,4 μg/100g, base úmida), sendo que 23% dos genótipos foram classificados como fonte de vitamina E. Os carotenoides totais variaram entre 2,12 e 85,46 μg/100g nos cem genótipos de sorgo. De acordo com a variabilidade genética para carotenoides e tococromanois, os 100 genótipos foram divididos em sete grupos geneticamente distintos entre si. A partir de 100 genótipos de sorgo, três foram selecionados (SC319; B.DLO357 e SC391) e submetidos a três tipos de tratamento: F1) Farinha crua: grãos moídos em um moinho analítico micro-rotor (850 μm); F2) Calor seco em forno convencional/moagem (Forno/moagem): grãos inteiros submetidos ao calor seco em forno convencional (CSFC) (121 ° 25 min) e, subsequentemente, C, moídos em um moinho analítico micro-rotor (850 μm); F3) Extrusão/moagem: grãos extrudados em uma extrusora com parafuso de dupla rosca. Os grãos dos três genótipos processados foram caracterizados quanto ao flavanonas, teor de carotenoides, 3-deoxiantocianidinas, flavonas e determinados por CLAE-DAD; tococromanois e grau proantocianidinas, analisados por CLAE com detecção por fluorescência; e fenólicos totais espectrofotometria. e atividade antioxidante, As diferenças entre os determinados efeitos dos por diferentes processamentos foram avaliadas pela ANOVA, seguida do teste de Duncan (α = 5%). A retenção do total de tococromanois e equivalente de α-tocoferol diminuiu após a extrusão (69,1-84,8% e 52,4-85,0%, respectivamente), mas aumentou após processamento por CSFC (106,8-114,7% e 109,9-115,8%, respectivamente). A retenção dos carotenoides do sorgo diminuiu após a extrusão (30,7-37,1%) e CSFC (58,6-79,2%). Os teores de flavanonas e flavonas diminuíram após a extrusão (100%) e CSFC (31,7-61,6%). As 3- DXAS foram estáveis após CSFC, mas foram susceptíveis à extrusão (70,7- 93,9%). As proantocianidinas foram identificadas apenas no genótipo SC391 e reduziram em após ambos os processamentos (CSFC: 39,2% e extrusão: 52,1%). Os fenóis totais diminuíram no genótipo SC319 submetido ao CSFC (8,3%) e em todos os genótipos extrudados (13,6-14,9%). O CSFC aumentou a capacidade antioxidante de todos os genótipos, enquanto que a extrusão reduziu a capacidade antioxidante de dois genótipos. Em conclusão, o perfil de tococromanois e carotenoides apresentaram ampla variação e os genótipos apresentaram alta variabilidade genética para carotenoides e tococromanois. O sorgo apresentou-se como uma fonte de tococromanois, que aumentaram após o CSFC e diminuíram após a extrusão. O teor de carotenoides em sorgo diminuiu após o CSFC e a extrusão. A estabilidade diferencial dos principais flavonoides em sorgo foi observada após o CSFC e a extrusão, o que implica que diferentes técnicas de processamento podem ser selecionadas para minimizar a perda de polifenóis bioativos em sorgo, dependendo da composição de flavonoides.