Fructosyltransferasen sind eine Klasse von Glykosidhydrolasen, die Fructosyltransferreaktionen katalysieren. Ihre Kernfunktion besteht darin, die Fructosylgruppe von Substraten wie Saccharose auf Akzeptormoleküle zu übertragen. Der katalytische Mechanismus beruht auf dem synergistischen Effekt der Säure---Base-Katalyse und der kovalenten Katalyse, wodurch ein effizienter Transfer durch die Bildung eines Fructosyl---Enzym-Zwischenprodukts erreicht wird. Diese Enzyme zeichnen sich durch eine starke Substratspezifität und milde Reaktionsbedingungen aus.
Die Kernaufgabe von Fructosyltransferasen ist die „Übertragung von Fructosylgruppen“. Unter Verwendung von Saccharose, einem häufigen Bestandteil unserer täglichen Ernährung, als Rohstoff hydrolysieren sie glykosidische Bindungen, um Energie freizusetzen, und verknüpfen anschließend präzise freie Fructosemoleküle mit Akzeptormolekülen, wodurch funktionelle Zucker wie Fructane und Fructooligosaccharide synthetisiert werden. Der Prozess funktioniert wie folgt: Saccharosemoleküle werden in Glucose und Fructose gespalten; Die Fruktoseeinheiten werden dann nach bestimmten Regeln zu neuen Zuckerketten zusammengesetzt, während Glukose als Nebenprodukt freigesetzt wird. Diese katalytische Reaktion ist hochspezifisch. Zu den Hauptprodukten gehören 1-Kestose und Nystose, die Schlüsselkomponenten von Präbiotika sind, die in der Gesundheitslebensmittelindustrie weit verbreitete Popularität erlangt haben.
In der Lebensmittelindustrie haben Fructooligosaccharide, die unter der Katalyse von Fructosyltransferasen synthetisiert werden, einen Süßegrad von nur 30–60 % des Süßegrads von Saccharose. Dennoch können sie selektiv das Wachstum nützlicher Darmbakterien wie Bifidobacterium fördern, das Gleichgewicht der Darmmikrobiota verbessern und keine signifikanten Schwankungen des Blutzuckerspiegels verursachen. Daher werden sie häufig in Milchprodukten, Getränken, Backwaren und anderen Lebensmittelkategorien verwendet. Beispielsweise weist mit Fructooligosacchariden angereicherter Joghurt nicht nur eine glattere Konsistenz auf, sondern weist auch eine erhöhte probiotische Aktivität auf.
Über den Lebensmittelbereich hinaus erweitern sich die Anwendungsszenarien von Fructosyltransferasen kontinuierlich. Im industriellen Bereich können sie in landwirtschaftlichen Abfällen wie Zuckerrohrbagasse und Maisstroh enthaltene Saccharose in Oligosaccharide umwandeln und so Rohstoffe für die Biokraftstoffproduktion bereitstellen. In der Textilindustrie können sie Pektin auf der Oberfläche von Bastfasern abbauen und so Stoffe weicher und besser färbbar machen. In der chemischen Industrie können sie die Reaktion zwischen Saccharose und Alkoholen oder organischen Säuren katalysieren und so neuartige Tenside und Duftstoffe synthetisieren.
Mit der Weiterentwicklung der Biotechnologie wird die Leistung von Fructosyltransferasen ständig optimiert. Forschungsteams haben strukturelle Modifikationen an Fructosyltransferasen aus Aspergillus niger durchgeführt und so die Fructooligosaccharid-Umwandlungsrate von 0,17 % auf 29,20 % erhöht. Darüber hinaus haben Forscher mithilfe manipulierter Pichia pastoris-Stämme eine hocheffiziente Expression dieses Enzyms erreicht, wobei die spezifische Aktivität des gereinigten Enzyms 71,4 U/mg erreichte. Diese technologischen Durchbrüche haben die Kosten der Produktion im industriellen Maßstab gesenkt und die Anwendung von Fructosyltransferasen in einem noch breiteren Spektrum von Bereichen ermöglicht.