Fructosyltransferasen zijn een klasse glycosidehydrolasen die fructosyloverdrachtsreacties katalyseren. Hun kernfunctie is het overbrengen van de fructosylgroep van substraten zoals sucrose naar acceptormoleculen. Het katalytische mechanisme is afhankelijk van het synergetische effect van zuur-base-katalyse en covalente katalyse, waardoor een efficiënte overdracht wordt bereikt door de vorming van een fructosyl--enzymtussenproduct. Deze enzymen worden gekenmerkt door een sterke substraatspecificiteit en milde reactieomstandigheden.
De kernmissie van fructosyltransferasen is "het overbrengen van fructosylgroepen". Met behulp van sucrose, een veelgebruikt ingrediënt in onze dagelijkse voeding, als grondstof, hydrolyseren ze glycosidische bindingen om energie vrij te maken. Vervolgens koppelen ze vrije fructosemoleculen nauwkeurig aan acceptormoleculen, waardoor functionele suikers zoals fructanen en fructo-oligosachariden worden gesynthetiseerd. Het proces werkt als volgt: sucrosemoleculen worden gesplitst in glucose en fructose; de fructosedelen worden vervolgens volgens specifieke regels samengevoegd tot nieuwe suikerketens, terwijl glucose vrijkomt als bijproduct. Deze katalytische reactie is zeer specifiek, waarbij de belangrijkste producten 1-kestose en nystose bevatten, de belangrijkste componenten van prebiotica, die wijdverspreid populair zijn geworden in de gezondheidsvoedingsindustrie.
In de voedingsindustrie hebben fructo-oligosachariden die worden gesynthetiseerd onder de katalyse van fructosyltransferasen een zoetheidsniveau van slechts 30% -60% van dat van sucrose. Toch kunnen ze selectief de groei van nuttige darmbacteriën zoals Bifidobacterium bevorderen, de balans van de darmmicrobiota verbeteren en geen significante schommelingen in de bloedsuikerspiegel veroorzaken. Als gevolg hiervan worden ze veel gebruikt in zuivelproducten, dranken, gebak en andere voedselcategorieën. Yoghurt verrijkt met fructo-oligosachariden heeft bijvoorbeeld niet alleen een gladdere textuur, maar vertoont ook een verbeterde probiotische activiteit.
Buiten de voedingssector breiden de toepassingsscenario's van fructosyltransferasen zich voortdurend uit. Op industrieel gebied kunnen ze sucrose uit landbouwafval zoals suikerrietbagasse en maïsstover omzetten in oligosachariden, waardoor grondstoffen worden geleverd voor de productie van biobrandstoffen. In de textielindustrie kunnen ze pectine op het oppervlak van bastvezels afbreken, waardoor stoffen zachter worden en gemakkelijker te verven zijn. In de chemische industrie kunnen ze de reactie tussen sucrose en alcoholen of organische zuren katalyseren, waardoor nieuwe oppervlakteactieve stoffen en geurstoffen worden gesynthetiseerd.
Met de vooruitgang van de biotechnologie worden de prestaties van fructosyltransferasen voortdurend geoptimaliseerd. Onderzoeksteams hebben structurele wijzigingen aangebracht aan fructosyltransferasen afgeleid van Aspergillus niger, waardoor de conversieratio van fructo-oligosacchariden is gestegen van 0,17% naar 29,20%. Bovendien hebben onderzoekers een hoog-efficiënte expressie van dit enzym bereikt met behulp van gemanipuleerde Pichia pastoris-stammen, waarbij de specifieke activiteit van het gezuiverde enzym 71,4 U/mg bereikte. Deze technologische doorbraken hebben de kosten van productie op industriële- schaal verlaagd en de toepassing van fructosyltransferasen op een nog breder scala aan gebieden mogelijk gemaakt.