Epidemiological and medical anthropological investigations suggest that flavanol-rich foods exert cardiovascular health benefits. Endothelial dysfunction, a prognostically relevant key event in atherosclerosis, is characterized by a decreased bioactivity of nitric oxide (NO) and impaired flow-mediated vasodilation (FMD). We show in healthy male adults that the ingestion of flavanol-rich cocoa was associated with acute elevations in levels of circulating NO species, an enhanced FMD response of conduit arteries, and an augmented microcirculation. In addition, the concentrations and the chemical profiles of circulating flavanol metabolites were determined, and multivariate regression analyses identified (–)-epicatechin and its metabolite, epicatechin-7- O -glucuronide, as independent predictors of the vascular effects after flavanol-rich cocoa ingestion. A mixture of flavanols/metabolites, resembling the profile and concentration of circulating flavanol compounds in plasma after cocoa ingestion, induced a relaxation in preconstricted rabbit aortic rings ex vivo , thus mimicking acetylcholine-induced relaxations. Ex vivo flavanol-induced relaxation, as well as the in vivo increases in FMD, were abolished by inhibition of NO synthase. Oral administration of chemically pure (–)-epicatechin to humans closely emulated acute vascular effects of flavanol-rich cocoa. Finally, the concept that a chronic intake of high-flavanol diets is associated with prolonged, augmented NO synthesis is supported by data that indicate a correlation between the chronic consumption of a cocoa flavanol-rich diet and the augmented urinary excretion of NO metabolites. Collectively, our data demonstrate that the human ingestion of the flavanol (–)-epicatechin is, at least in part, causally linked to the reported vascular effects observed after the consumption of flavanol-rich cocoa.

Background: The absorption of cocoa flavanols in the small intestine is limited, and the majority of the flavanols reach the large intestine where they may be metabolized by resident microbiota. Objective: We assessed the prebiotic potential of cocoa flavanols in a randomized, double-blind, crossover, controlled intervention study. Design: Twenty-two healthy human volunteers were randomly assigned to either a high–cocoa flavanol (HCF) group (494 mg cocoa flavanols/d) or a low–cocoa flavanol (LCF) group (23 mg cocoa flavanols/d) for 4 wk. This was followed by a 4-wk washout period before volunteers crossed to the alternant arm. Fecal samples were recovered before and after each intervention, and bacterial numbers were measured by fluorescence in situ hybridization. A number of other biochemical and physiologic markers were measured. Results: Compared with the consumption of the LCF drink, the daily consumption of the HCF drink for 4 wk significantly increased the bifidobacterial (P < 0.01) and lactobacilli (P < 0.001) populations but significantly decreased clostridia counts (P < 0.001). These microbial changes were paralleled by significant reductions in plasma triacylglycerol (P < 0.05) and C-reactive protein (P < 0.05) concentrations. Furthermore, changes in C-reactive protein concentrations were linked to changes in lactobacilli counts (P < 0.05, R2 = −0.33 for the model). These in vivo changes were closely paralleled by cocoa flavanol–induced bacterial changes in mixed-batch culture experiments. Conclusion: This study shows, for the first time to our knowledge, that consumption of cocoa flavanols can significantly affect the growth of select gut microflora in humans, which suggests the potential prebiotic benefits associated with the dietary inclusion of flavanol-rich foods. This trial was registered at clinicaltrials.gov as NCT01091922.

We have investigated the bacterial-dependent metabolism of ( − )-epicatechin and (+)-catechin using a pH-controlled, stirred, batch-culture fermentation system reflective of the distal region of the human large intestine. Incubation of ( − )-epicatechin or (+)-catechin (150 mg/l or 1000 mg/l) with faecal bacteria, led to the generation of 5-(3′,4′-dihydroxyphenyl)-γ-valerolactone, 5-phenyl-γ-valerolactone and phenylpropionic acid. However, the formation of these metabolites from (+)-catechin required its initial conversion to (+)-epicatechin. The metabolism of both flavanols occurred in the presence of favourable carbon sources, notably sucrose and the prebiotic fructo-oligosaccharides, indicating that bacterial utilisation of flavanols also occurs when preferential energy sources are available. (+)-Catechin incubation affected the growth of select microflora, resulting in a statistically significant increase in the growth of the Clostridium coccoides – Eubacterium rectale group, Bifidobacterium spp. and Escherichia coli , as well as a significant inhibitory effect on the growth of the C. histolyticum group. In contrast, the effect of ( − )-epicatechin was less profound, only significantly increasing the growth of the C. coccoides – Eubacterium rectale group. These potential prebiotic effects for both (+)-catechin and ( − )-epicatechin were most notable at the lower concentration of 150 mg/l. As both ( − )-epicatechin and (+)-catechin were converted to the same metabolites, the more dramatic change in the growth of distinct microfloral populations produced by (+)-catechin incubation may be linked to the bacterial conversion of (+)-catechin to (+)-epicatechin. Together these data suggest that the consumption of flavanol-rich foods may support gut health through their ability to exert prebiotic actions.

Flavanol consumption is favorably associated with cognitive function. We tested the hypothesis that dietary flavanols might improve cognitive function in subjects with mild cognitive impairment. We conducted a double-blind, parallel arm study in 90 elderly individuals with mild cognitive impairment randomized to consume once daily for 8 weeks a drink containing ≈990 mg (high flavanols), ≈520 mg (intermediate flavanols), or ≈45 mg (low flavanols) of cocoa flavanols per day. Cognitive function was assessed by Mini Mental State Examination, Trail Making Test A and B, and verbal fluency test. At the end of the follow-up period, Mini Mental State Examination was similar in the 3 treatment groups ( P =0.13). The time required to complete Trail Making Test A and Trail Making Test B was significantly ( P <0.05) lower in subjects assigned to high flavanols (38.10±10.94 and 104.10±28.73 seconds, respectively) and intermediate flavanols (40.20±11.35 and 115.97±28.35 seconds, respectively) in comparison with those assigned to low flavanols (52.60±17.97 and 139.23±43.02 seconds, respectively). Similarly, verbal fluency test score was significantly ( P <0.05) better in subjects assigned to high flavanols in comparison with those assigned to low flavanols (27.50±6.75 versus 22.30±8.09 words per 60 seconds). Insulin resistance, blood pressure, and lipid peroxidation also decreased among subjects in the high-flavanol and intermediate-flavanol groups. Changes of insulin resistance explained ≈40% of composite z score variability through the study period (partial r 2 =0.4013; P <0.0001). To the best of our knowledge, this is the first dietary intervention study demonstrating that the regular consumption of cocoa flavanols might be effective in improving cognitive function in elderly subjects with mild cognitive impairment. This effect appears mediated in part by an improvement in insulin sensitivity.