甜菜碱
甜菜碱（betaine）又称三甲胺乙内、甜菜素、三甲乙内盐，为甘氨酸的季铵衍生物，是氨基酸氨基上的氢被甲基取代后形成的一类氮甲基化合物或三甲基内盐，是一种生物碱，在动物和植物中普遍存在。化学名为甘氨酸三甲基内醋，分子式为C₅H₁₁NO₂，结构简式为：(CH3)3N-CH2-COOH，因其最早从甜菜糖蜜中分离出来的一种生物碱而得名，是一种季胺型生物碱。
甜菜碱最早在欧洲被发现的，19世纪以来，甜菜同甘蔗一样最初是被用于提取蔗糖使用。甜菜碱可溶于水和醇，难溶于乙醚、氯仿。甜菜碱味甜，与甘氨酸味道相似。甜菜碱盐酸盐为白色至微黄色结晶性粉末。甜菜碱能促进脂肪代谢、抑制脂肪沉积、提高瘦肉率，甜菜碱有甜味和鱼、虾等动物敏感的鲜味，对动物尤其是水生动物有诱食作用。甜菜碱拥有极高的农学、医学和食品学价值，开发前景十分广泛。
分子结构
甜菜碱含有三个甲基，是一种高效活性甲基供体，可部分取代蛋氨酸和胆碱，其分子结构式如下：
理化性质
物理性质
甜菜碱为白色鳞状或棱状结晶粉末，有轻微特征气味（甜味），化学式为C₅H₁₁NO₂，分子量117.15，熔点293℃(分解)，溶解度(20℃)160g/100g水。甜菜碱分子具有三个有效甲基，呈中性，耐高温，熔点高达200℃，常温下容易吸湿潮解，保湿性强。
化学性质
甜菜碱能溶于水、甲醇和乙醇，难溶于乙醚，在熔点时能异构为二甲氨基乙酸甲酯，具有吸湿性，极易潮解，并释放出三甲胺。从游离酸HO-N(CH3)3-CH2COOH的水溶液中得其一水合物的晶体，它在100℃时失水生成甜菜碱，在酸中稳定。与浓氢氧化钾水溶液作用得三甲胺。与浓氢氧化钾水溶液作用得三甲胺。与糖产生美拉德反应(褐变反应)。存在于甜菜根和棉籽等植物中，有刺鲨鱼肉和蟹精汁等动物质中也含有。可由甜菜制糖母液中回收。也可由氨基乙酸的甲基化或由氯乙酸与三甲胺作用而成。
应用
食品添加剂
甜菜碱在调节味道和改良风味的添加剂方面有很多用途。水产品的甜味与鲜味都与甜菜碱有着密不可分的联系，当核首酸的鲜味成分与其相互反应，对酸度较高或碱度较高的食品非但能让它的口感变得新鲜美味还能使它的的味道尝起来格外柔软，除却原本的[甜、鲜]两种味道，甜菜碱还能给水产品以独特的风味，这也进一步的提升了产品加工后的风味。
研制饵料和喂养饲料方面为了提高水产养殖食饵的效率可利用甜菜碱当作一种增加鱼虾等食欲的添加剂。在幼小动物的成长中甜菜碱具有促进作用而且脂肪的代谢和正常化肝功能中都很有益处，因此可作为添加剂掺放在饲料中。
水分活性抑制剂
在浓度比例上升时的甜菜碱，其水分子活性下降，与此同时甜菜碱如果和不同的水分活性抑制剂共同使用，能产生防止腐败和腐烂的效果。
渗透调节
当一些农作物遭到了一些不利环境的影响时，比如盐分过高、低温冻害、缺水千燥等情况，甜菜碱可起到渗透调节的作用，为了缓解作物受到的伤害，提高其抵抗这些环境的能力，把甜菜碱用来来对抗干旱，严寒和盐分过高的抑制剂。
合成途径
天然提取法
甜菜糖蜜含甜菜碱可达12%~15%，是提取天然甜菜碱的主要原料。其提取方法有很多，有化学法、电解法、裂解法、离子树脂交换法、离子树脂排斥法、色谱分离法等。
离子交换法: 此法是将稀释的糖蜜经强阳离子交换树脂柱与其他成分分离而留在柱内，用稀氨水洗脱甜菜碱，洗脱液再流经强阴离子交换树脂，洗出液经蒸发、脱色、结晶、过滤制得甜菜碱。离子排斥法: 此法是将糖蜜导入填充有聚乙烯二乙烯没药树的色谱分离柱(树脂交联二乙烯苯 5.5%，柱温 80C 左右，料液流速接近色谱系统临界速度)，用水洗脱色谱柱时，盐、糖与甜菜碱依次排出得以分离，再将收集液经蒸发、浓缩、三段结晶、过滤制得纯度约 98%的碘化钠或一水甜菜碱。
化学合成法
用氯乙酸和三甲胺为原料在氢氧化钠中进行常压反应，经离子交换洗脱出甜菜碱母液，然后经蒸馏、盐酸酸化、浓缩、结晶、过滤成甜菜碱盐酸盐，或母液经浓缩、脱盐、吸附处理后再制得纯甜菜碱吸附剂产品。其反应原理为:
CICH2COOH(氯乙酸) +NaOH
CICH2COONa+H20
CICH2COONa+ (CH3) 3N (三甲胺)
[(CH3) 3N+-CH2COO-]+NaCl
第2 步反应生成甜菜碱与主要副产品 NaCl，但从中提纯无水甜菜碱技术难度较大，设备昂贵，能耗较高。为了降低成本，大多企业生产甜菜碱盐酸盐替代纯品甜菜碱。在第2步反应完成后，甜菜碱母液经盐酸酸化生成甜菜碱盐酸盐，此时分离提纯的过程相对较为简单，成本较分离无水甜菜碱低。因此，目前市场上的产品大多为甜菜碱盐酸盐，其有效成分含量为75%左右。在整个过程中，需要严格控制反应条件。
安全事宜
急救措施
1：必要的急救措施，如果吸入，将患者移到新鲜空气处。 如呼吸停止，进行人工呼吸。皮肤接触用肥皂和大量的水冲洗。眼睛接触用水冲洗眼睛作为预防措施。食入切勿给失去知觉者通过口喂任何东西。 用水漱口。
2 ：主要症状和影响，急性和迟发效应尚未经完整的研究。
消防措施
1 ：灭火方法及灭火剂，用水雾，抗乙醇泡沫，干粉或二氧化碳灭火。
2 ：特别的危害碳氧化物, 氮氧化物。
3： 给消防员的建议，如必要的话，戴自给式呼吸器救火。
泄露应急处理
1： 作业人员防护措施，防护装备和应急处置程序避免吸入蒸气、烟雾或气体。
2 ：环境保护措施，不要让产品进入下水道。
3： 泄漏化学品的收容、清除方法及所使用的处置材料放入合适的封闭的容器中待处理。
操作处置与储存
安全储存的条件，包括任何不兼容性贮存在阴凉处。 使容器保持密闭，储存在干燥通风处。打开了的容器必须仔细重新封口并保持竖放位置以防止泄漏。建议的贮存温度：2-8℃。
废物处理方法
产品将剩余的和不可回收的溶液交给有许可证的公司处理。受污染的容器和包装按未用产品处置。
参考资料
Betaine./pubchem.2024-10-30
甜菜碱.hemicalbook.2023-08-31
甜菜碱.chemicalbook甜菜碱饲料药物添加剂.2023-08-31
甜菜碱「CAS号:107.前衍化学网.2023-08-31