Padrões dietéticos que incluam o consumo regular de compostos prebióticos são capazes de modular a composição e metabolismo da microbiota intestinal humana, exercendo papel importante na saúde do hospedeiro. A beterraba vermelha (Beta vulgaris L.) é uma importante espécie olerícola com destacável aporte de nutrientes e de compostos bioativos, com destaque para as fibras dietéticas, compostos fenólicos e betalaínas. Esse trabalho teve como objetivo avaliar o potencial prebiótico de liofilizados obtidos de diferentes porções da beterraba vermelha por meio da verificação de seus efeitos sobre o crescimento e metabolismo de cepas probióticas (Lactobacillus acidophilus LA-05, Lacticaseibacillus casei L-26 e Limosilactobacillus fermentum 296) e da microbiota colônica humana em condições in vitro. Os ensaios foram realizados com liofilizados das porções da raiz (FDBR) e dos talos/folhas (FDBSL) da beterraba vermelha cultivar Early wonder. FDBR e FDBSL foram submetidos às análises de determinação da composição nutricional e parâmetros físico-químicos. Em seguida, cepas de Lactobacillus foram expostas a condições simuladas do trato gastrointestinal na presença de FDBR e FDBSL, quando foram avaliados aspectos relacionados a viabilidade celular e functionalidade fisiológica, capacidade antioxidante total e compostos fenólicos totais durante as três fases principais da digestão (boca, estômago e intestino). Em uma segunda etapa, novas amostras de FDBR e FDBSL foram submetidas a digestão gastrointestinal simulada e o produto da digestão foi avaliado em ensaios de fermentação usando-os como única fonte de carbono para o cultivo das cepas probióticas e para avaliação da modulação da microbiota colônica utilizando inóculo fecal. Foi calculado o escore de atividade prebiótica e a atividade metabólica microbiana foi monitorada por meio da determinaão de pH e dos conteúdos de açúcares e ácidos orgânicos nos diferentes sistemas de cultivo. Também foram monitorados o perfil de fenólicos e capacidade antioxidante total durante as fases da digestão simulada e fermentação com inóculo fecal. FDBR e FDBSL apresentaram altos teores de fibras solúveis (5,25 e 11,10 g/100 g) e insolúveis (21,43 e 37,03 g/100 g), pectinas (8,45 e 9,51 g/100 g), betalaínas (3,36–28,99 g/100 g) e uma variedade de compostos fenólicos. FDBR e FDBSL estimularam o crescimento das cepas probióticas testadas com altas contagens de células viáveis (>9 log UFC/mL), aumento da produção de ácidos acético, butírico, lático e propiônico e alterações nos teores de compostos fenólicos durante 72 h de cultivo. Ainda, apresentaram valores positivos de índices prebióticos (≥0,17). Durante a exposição a digestão simulada, FDBR e FDBSL aumentaram a sobrevivência e manutenção das funções fisiológicas ativas nas cepas probióticas, indicado pela alta contagem de células viáveis (≥3,5 log UFC/mL) e percentual de células fisiologicamente ativas (>25,2 % para FDBR e 23,1> % para FDBSL). FDBR e FDBSL aumentaram a abundância de Lactobacillus spp./Enterococcus spp. (3,64- 7,60%) e Bifidobacterium spp. (2,76-5,78%) e diminuíram a abundância de Bacteroides spp./Prevotella spp. (9,56-4,18%), Clostridium histolyticum (1,62-1,15%) e Eubacterium rectale/Clostridium coccoides (2,33-1,49%) durante 48 h de fermentação colônica, resultando em índices prebióticos positivos (> 3,61). FDBR e FDBSL promoveram intensa atividade metabólica, evidenciada pela diminuição do pH, aumento da produção de ácido lático, acético, butírico e propiônico, e consumo de glicose e frutose ao longo do tempo no cultivo dos probióticos e nos ensaios de fermentação colônica. Alterações no conteúdo de compostos fenólicos e alta capacidade antioxidante durante a fermentação colônica também foram observados. FBRD e FDBSL mostraram potenciais propriedades prebióticas, podendo ser explorados na formulação de produtos alimentícios e suplementos dietéticos funcionais.