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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，也是動物腦髓的重要物質之一。石花菜膠(即瓊脂)主要成分就是半乳糖衍生物的聚合物。無色晶體。有旋光活性和變旋現(xiàn)象。從水溶液中結晶者含一分子結晶水，梭柱體或針狀體，熔點118—120℃；從乙醇溶液中結晶者為片狀體，熔點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合糖的形式存在。在天然海水中的濃度一般為微克/升級。也是海洋沉積物中的一種優(yōu)勢糖。動物界較為常見的一種單糖。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性質。存在著α-型結晶(熔點118～120℃，比旋光度+150.7°)和β-型結晶(熔點165℃，比旋光度+52.8°)。
在水溶液中有變旋現(xiàn)象，達到平衡時的比旋光度為+80.2°。與葡萄糖在結構上的差異僅是C4的構型不同。在自然界中廣泛存在于人乳、牛乳及其他哺乳動物的乳汁中，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有密切關系。食物中的半乳糖主要來自奶類所含的乳糖，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，但過量時產(chǎn)生ROS 和高級糖基化終末產(chǎn)物( advanced glycation end products，AGEs)，后者作用于高級糖基化終末產(chǎn)物受體，可導致氧化應激、線粒體功能障礙、細胞損傷和炎癥反應；也有研究表明AGEs 先引起ROS 升高，進一步誘導機體氧化應激，促進衰老發(fā)生。
自由基的產(chǎn)生可加速細胞衰老的進程，因此氧化應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) 誘導的大鼠衰老模型大腦組織細胞中ROS 水平升高，脂質過氧化作用標志物丙二醛水平升高，而機體內(nèi)抗氧化酶( 超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶及谷胱甘肽轉移酶) 水平顯著下降；另外，D-半乳糖還可通過誘導線粒體功能障礙，進一步誘導ROS 產(chǎn)生，促進細胞和機體組織衰老。
線粒體是細胞的能量代謝工廠，對維持細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) 突變可誘導細胞產(chǎn)生大量自由基，促進細胞和組織衰老。
在D-半乳糖誘導的大鼠衰老模型中，耳蝸神經(jīng)腹側核細胞中H2O2 水平、還原性輔酶Ⅱ及其亞基P22phox、P47phox、P67phox 表達量均升高，且線粒體DNA 缺失增加，三磷酸腺苷( adenosine triphosphate，ATP) 水平下降，電子傳遞鏈復合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ水平均下降，線粒體膜電位下降，超微結構亦見異常等，提示線粒體功能明顯受損，而線粒體功能障礙可導致多種年齡相關性疾病，如阿爾茲海默病、帕金森病、亨廷頓病等。
炎癥對機體是一把雙刃劍，當內(nèi)源性或外源性病原體侵襲機體時，炎癥應答激活對機體具有保護性作用；然而，系統(tǒng)性、低水平的慢性炎癥與許多年齡相關性疾病或衰老有著密切關系，即炎性衰老。
研究發(fā)現(xiàn)，100 mg /( kg·d) D-半乳糖誘導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，機體轉變成一種慢性炎癥狀態(tài)，從而促進細胞和機體老化。此外，D-半乳糖還可激活核轉錄因子-κB、促分裂素原活化蛋白激酶等炎癥信號通路，促進炎癥因子的釋放，從而加速機體炎性狀態(tài)形成，加速衰老。
端粒位于真核細胞染色體末端，由端粒DNA 和端粒蛋白組成，對染色體的穩(wěn)定性有重要作用，端?？s短可抑制細胞分裂和組織再生，在衰老及衰老相關性疾病中扮演著重要角色。D-半乳糖誘導小鼠衰老模型發(fā)現(xiàn)，端粒長度和端粒酶活性顯著降低，提示D-半乳糖可能通過誘導端粒縮短促進衰老的發(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度和端粒酶活性發(fā)生改變。因此，D-半乳糖促進端?？s短及抑制端粒酶活性是否可作為致衰老的機制還有待進一步證明。
ATP 是機體細胞能量的主要來源，當能量代謝紊亂時，ATP 合成下降，細胞正常功能受到抑制，促進細胞衰老。皮下注射150 mg /( kg·d) D-半乳糖誘導的小鼠衰老模型研究發(fā)現(xiàn)，模型組能量代謝相關酶的活性發(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-半乳糖可能通過影響代謝，促進衰老的發(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％的稀硫酸對黑荊膠進行水解，水解溫度為80℃～120℃，水解時間為1～24小時，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，過濾除去沉淀，保留濾液；
(3)、將步驟(2)所得濾液依次通過陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂和色譜分離樹脂，獲得D 半乳糖的溶液，所述色譜分離樹脂為選自Ca2+、Pb2+、K+或H+型分離樹脂中的一種；
(4)、步驟(3)所得D 半乳糖的溶液經(jīng)濃縮，結晶，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，可廣泛使用于保健品、醫(yī)藥、食品中。
[1] 海洋化學辭典
[2] 科學技術社會辭典·化學
[3] 劉建亞, 馮文靜, 王仁萍, 等. D-半乳糖致衰老動物模型及其機制研究進展[J]. 中華老年多器官疾病雜志, 2018, 17(3): 224-227.
[4] CN201010531239.3. 一種黑荊膠中D-半乳糖的提取方法.