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半乳糖是乳糖、棉子糖、水蘇糖、半乳聚糖的水解產(chǎn)物，作為果膠、樹(shù)膠和膠漿以及一些黃酮苷和花色苷的組分而存在于許多植物中，也是動(dòng)物腦髓的重要物質(zhì)之一。石花菜膠(即瓊脂)主要成分就是半乳糖衍生物的聚合物。無(wú)色晶體。有旋光活性和變旋現(xiàn)象。從水溶液中結(jié)晶者含一分子結(jié)晶水，梭柱體或針狀體，熔點(diǎn)118—120℃；從乙醇溶液中結(jié)晶者為片狀體，熔點(diǎn)165—168℃。溶于水和乙醇。微溶于甘油。
為海洋浮游生物中含量最多的糖，在海水和懸浮物中以游離糖和結(jié)合糖的形式存在。在天然海水中的濃度一般為微克/升級(jí)。也是海洋沉積物中的一種優(yōu)勢(shì)糖。動(dòng)物界較為常見(jiàn)的一種單糖。屬乳糖的一半，由乳糖水解而得。與葡萄糖相同，具有與己醛糖相似的化學(xué)性質(zhì)。存在著α-型結(jié)晶(熔點(diǎn)118～120℃，比旋光度+150.7°)和β-型結(jié)晶(熔點(diǎn)165℃，比旋光度+52.8°)。
在水溶液中有變旋現(xiàn)象，達(dá)到平衡時(shí)的比旋光度為+80.2°。與葡萄糖在結(jié)構(gòu)上的差異僅是C4的構(gòu)型不同。在自然界中廣泛存在于人乳、牛乳及其他哺乳動(dòng)物的乳汁中，含量約5%。它與果糖和葡萄糖一起組成棉子糖。也是組成腦髓的重要物質(zhì)之一。半乳糖的一些衍生物廣泛分布在植物界，如半乳糖醛酸是組成植物粘液的主要成分，石花菜膠(也稱瓊脂)的主要成分是半乳糖衍生物的高聚體。
半乳糖在生成乳糖后稍有甜味，可用于制作嬰兒食品、糖果以及人造奶油，醫(yī)藥上可用作矯味劑。有人認(rèn)為，兒童的半乳糖血癥遺傳病是一種不正常的半乳糖代謝，是因在一些組織(如紅血球、肝臟等)中半乳糖酶降低，以致在食用乳糖或半乳糖食品時(shí)引起了半乳糖-1-磷酸的大量蓄積而得病。
半乳糖常以D-半乳糖苷的形式存在于大腦和神經(jīng)組織中，也是某些糖蛋白的重要成分。－半乳糖是一種還原單糖，大量存在于乳制品及其他非乳制品食物中( 如水果、蔬菜等) ，半乳糖是構(gòu)成腦神經(jīng)系統(tǒng)中腦苷脂的成分，與嬰兒出生后腦的迅速生長(zhǎng)有密切關(guān)系。食物中的半乳糖主要來(lái)自奶類所含的乳糖，然而，患有乳糖不耐癥的嬰兒由于缺乏乳糖酶無(wú)法分解代謝乳糖，因此需在食物中添加D 半乳糖。
半乳糖在正常情況下可代謝葡萄糖，但過(guò)量時(shí)產(chǎn)生ROS 和高級(jí)糖基化終末產(chǎn)物( advanced glycation end products，AGEs)，后者作用于高級(jí)糖基化終末產(chǎn)物受體，可導(dǎo)致氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙、細(xì)胞損傷和炎癥反應(yīng)；也有研究表明AGEs 先引起ROS 升高，進(jìn)一步誘導(dǎo)機(jī)體氧化應(yīng)激，促進(jìn)衰老發(fā)生。
自由基的產(chǎn)生可加速細(xì)胞衰老的進(jìn)程，因此氧化應(yīng)激致衰老理論已被廣泛接受。研究表明，連續(xù)7 周皮下注射D-半乳糖100mg /( kg·d) 誘導(dǎo)的大鼠衰老模型大腦組織細(xì)胞中ROS 水平升高，脂質(zhì)過(guò)氧化作用標(biāo)志物丙二醛水平升高，而機(jī)體內(nèi)抗氧化酶( 超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶及谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶) 水平顯著下降；另外，D-半乳糖還可通過(guò)誘導(dǎo)線粒體功能障礙，進(jìn)一步誘導(dǎo)ROS 產(chǎn)生，促進(jìn)細(xì)胞和機(jī)體組織衰老。
線粒體是細(xì)胞的能量代謝工廠，對(duì)維持細(xì)胞的正常新陳代謝起著重要作用。較多證據(jù)表明，線粒體功能與年齡相關(guān)疾病有緊密聯(lián)系，線粒體脫氧核糖核酸( deoxyribonucleic acid，DNA) 突變可誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生大量自由基，促進(jìn)細(xì)胞和組織衰老。
在D-半乳糖誘導(dǎo)的大鼠衰老模型中，耳蝸神經(jīng)腹側(cè)核細(xì)胞中H2O2 水平、還原性輔酶Ⅱ及其亞基P22phox、P47phox、P67phox 表達(dá)量均升高，且線粒體DNA 缺失增加，三磷酸腺苷( adenosine triphosphate，ATP) 水平下降，電子傳遞鏈復(fù)合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ水平均下降，線粒體膜電位下降，超微結(jié)構(gòu)亦見(jiàn)異常等，提示線粒體功能明顯受損，而線粒體功能障礙可導(dǎo)致多種年齡相關(guān)性疾病，如阿爾茲海默病、帕金森病、亨廷頓病等。
炎癥對(duì)機(jī)體是一把雙刃劍，當(dāng)內(nèi)源性或外源性病原體侵襲機(jī)體時(shí)，炎癥應(yīng)答激活對(duì)機(jī)體具有保護(hù)性作用；然而，系統(tǒng)性、低水平的慢性炎癥與許多年齡相關(guān)性疾病或衰老有著密切關(guān)系，即炎性衰老。
研究發(fā)現(xiàn)，100 mg /( kg·d) D-半乳糖誘導(dǎo)的小鼠衰老模型免疫器官退化、免疫功能降低、促炎癥因子( 如IL-1β、IL-6 及TNF-α 等) 分泌增加、抗炎癥因子(如IL-10) 分泌降低，機(jī)體轉(zhuǎn)變成一種慢性炎癥狀態(tài)，從而促進(jìn)細(xì)胞和機(jī)體老化。此外，D-半乳糖還可激活核轉(zhuǎn)錄因子-κB、促分裂素原活化蛋白激酶等炎癥信號(hào)通路，促進(jìn)炎癥因子的釋放，從而加速機(jī)體炎性狀態(tài)形成，加速衰老。
端粒位于真核細(xì)胞染色體末端，由端粒DNA 和端粒蛋白組成，對(duì)染色體的穩(wěn)定性有重要作用，端?？s短可抑制細(xì)胞分裂和組織再生，在衰老及衰老相關(guān)性疾病中扮演著重要角色。D-半乳糖誘導(dǎo)小鼠衰老模型發(fā)現(xiàn)，端粒長(zhǎng)度和端粒酶活性顯著降低，提示D-半乳糖可能通過(guò)誘導(dǎo)端?？s短促進(jìn)衰老的發(fā)生和發(fā)展。但有其他研究發(fā)現(xiàn)，D-半乳糖并不能使小鼠的卵巢端粒長(zhǎng)度和端粒酶活性發(fā)生改變。因此，D-半乳糖促進(jìn)端粒縮短及抑制端粒酶活性是否可作為致衰老的機(jī)制還有待進(jìn)一步證明。
ATP 是機(jī)體細(xì)胞能量的主要來(lái)源，當(dāng)能量代謝紊亂時(shí)，ATP 合成下降，細(xì)胞正常功能受到抑制，促進(jìn)細(xì)胞衰老。皮下注射150 mg /( kg·d) D-半乳糖誘導(dǎo)的小鼠衰老模型研究發(fā)現(xiàn)，模型組能量代謝相關(guān)酶的活性發(fā)生明顯變化，其中乳酸脫氫酶活性增加，谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶、谷氨酰胺合成酶、肌酸激酶活性顯著下降，提示D-半乳糖可能通過(guò)影響代謝，促進(jìn)衰老的發(fā)生發(fā)展。
一種黑荊膠中D 半乳糖的提取方法，其包括以下步驟：
(1)、使用0.5wt％～10wt％的稀硫酸對(duì)黑荊膠進(jìn)行水解，水解溫度為80℃～120℃，水解時(shí)間為1～24小時(shí)，所得水解液中含有D 半乳糖和L 阿拉伯糖單糖；
(2)、向上述水解液中加入碳酸鈣或氧化鈣或二者的混合物，以使水解液中的硫酸根離子以硫酸鈣沉淀形式析出，過(guò)濾除去沉淀，保留濾液；
(3)、將步驟(2)所得濾液依次通過(guò)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂、陰離子交換樹(shù)脂和色譜分離樹(shù)脂，獲得D 半乳糖的溶液，所述色譜分離樹(shù)脂為選自Ca2+、Pb2+、K+或H+型分離樹(shù)脂中的一種；
(4)、步驟(3)所得D 半乳糖的溶液經(jīng)濃縮，結(jié)晶，干燥獲得D 半乳糖。每100kg黑荊膠中可取提8~15kg的D-半乳糖，所提取的D-半乳糖為純天然物質(zhì)，可廣泛使用于保健品、醫(yī)藥、食品中。
[1] 海洋化學(xué)辭典
[2] 科學(xué)技術(shù)社會(huì)辭典·化學(xué)
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