Levan ist ein natürlich vorkommendes Fructan-Polysaccharid, das von bestimmten Bakterien produziert wird. Es zeichnet sich durch ein β-2,6-verknüpftes D-Fructofuranose-Rückgrat mit β-2,1-Verzweigungen aus. Diese einzigartige Struktur verleiht ihm hohe Löslichkeit und ausgezeichnete Filmbildungseigenschaften. Levan hat in den letzten Jahren zunehmende Aufmerksamkeit als mikrobielles Polysaccharid mit großem biomedizinischem Potenzial erhalten und ist in seiner Vielseitigkeit und Funktionalität mit Alginat und Dextran vergleichbar.

Molekulare Struktur

Levan besteht hauptsächlich aus linearen Ketten von D-Fructofuranose-Einheiten, die durch β-(2→6)-glykosidische Bindungen verknüpft sind, wobei Verzweigungen an β-(2→1)-Positionen auftreten. Diese Architektur fördert eine kompakte, kugelförmige Konformation in wässriger Lösung. Das Molekulargewicht liegt typischerweise zwischen 10 und 100 Millionen Da, abhängig vom produzierenden Mikroorganismus und den Fermentationsbedingungen. Ein Verzweigungsgrad von etwa 10–15 % erhöht die molekulare Flexibilität und die Wasserbindungskapazität im Vergleich zu linearen Fructanen wie Inulin.

Produktion und Eigenschaften

Levan wird durch Levansucrase-Enzyme biosynthetisiert, die von Mikroorganismen wie Bacillus subtilis, Gluconobacter und Zymomonas mobilis produziert werden. Dabei dient Saccharose sowohl als Kohlenstoffquelle als auch als Polymerisationsprimer. Es zeigt außergewöhnliche Wasserlöslichkeit (>100 g/L bei Raumtemperatur), thermische Stabilität bis 60 °C, biologische Abbaubarkeit, Ungiftigkeit und präbiotische Aktivität durch selektive Fermentation durch die Darmmikrobiota. Levan bildet viskose Lösungen und kann sich zu Nanopartikeln selbstassemblieren. Die Anwendungen können jedoch durch reduzierte chemische Stabilität unter sauren Bedingungen und die Komplexität der nachgeschalteten Reinigungsprozesse eingeschränkt sein.

Biomedizinische Anwendungen

In den Bereichen Biomedizin und Kosmetik wirkt Levan als effektiver Hautfeuchtigkeitsspender und Anti-Irritans dank seiner feuchtigkeitsbindenden Eigenschaften. Chemisch modifizierte Derivate wie sulfatiertes Levan zeigen antivirale (einschließlich anti-HIV), antikoagulante und entzündungshemmende Aktivitäten. In Drug-Delivery-Systemen wird Levan zur Entwicklung von Nanocarriern, Hydrogelen und kontrolliert freisetzenden Emulsionen eingesetzt. Darüber hinaus eignet es sich aufgrund seiner Fähigkeit, die Zellproliferation zu fördern, für Wundheilungsanwendungen, nutraceutische Formulierungen, Gewebe-Engineering-Gerüste und immunmodulatorische Therapien.