甜菜堿（betaine）又稱三甲胺乙內(nèi)酯[zhǐ]、甜菜素、三甲銨[ǎn]乙內(nèi)鹽，為甘氨酸的季銨衍生物，是氨基酸氨基上的氫被甲基取代后形成的一類氮甲基化合物或三甲基內(nèi)鹽，是一種生物堿，普遍存在于動植物體內(nèi)，是動物代謝的中間產(chǎn)物，在營養(yǎng)物質(zhì)的代謝中起著十分重要的作用。在植物中，枸杞、豆科均含有甜菜堿。甜菜的糖蜜是甜菜堿的主要來源。在動物中，章魚、墨魚目、蝦等軟體動物門，以及脊椎動物（包括人）的肝臟、脾臟和羊水均含有甜菜堿。化學(xué)名稱為N,N,N-三甲基甘氨酸，化學(xué)結(jié)構(gòu)與氨基酸相似，屬季銨堿類物質(zhì)，分子式為C?H??NO?，因其最早從甜菜糖蜜中分離出來的一種生物堿而得名，是一種季胺型生物堿。
甜菜堿最早在歐洲被發(fā)現(xiàn)的，19世紀(jì)以來，甜菜同甘蔗一樣最初是被用于提取蔗糖使用，但其功效直到二十世紀(jì)七十年代才逐漸被認(rèn)識。甜菜堿可溶于水和醇，難溶于乙醚、氯仿。甜菜堿味甜，與甘氨酸味道相似。甜菜堿鹽酸鹽為白色至微黃色結(jié)晶性粉末。甜菜堿能促進(jìn)脂肪代謝、抑制脂肪沉積、提高瘦肉率，甜菜堿有甜味和魚、蝦等動物敏感的鮮味，對動物尤其是水生動物有誘食作用。甜菜堿擁有極高的農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)和食品學(xué)價(jià)值，開發(fā)前景十分廣泛。
分子結(jié)構(gòu)
甜菜堿含有三個甲基，是一種高效活性甲基供體，可部分取代蛋氨酸和膽堿，其分子結(jié)構(gòu)式如下：
理化性質(zhì)
物理性質(zhì)
甜菜堿為白色鱗狀或棱狀結(jié)晶粉末，有輕微特征氣味（甜味），化學(xué)式為C?H??NO?，分子量117.15，熔點(diǎn)301至305℃(分解)，溶解度(20℃)160g/100g水。甜菜堿分子具有三個有效甲基，呈中性，耐高溫，熔點(diǎn)高達(dá)200℃，常溫下容易吸濕潮解，保濕性強(qiáng)。
化學(xué)性質(zhì)
甜菜堿能溶于水、甲醇、乙醇，微溶于乙醚，在熔點(diǎn)時(shí)能異構(gòu)為二甲氨基乙酸甲酯，具有吸濕性，極易潮解，并釋放出三甲胺。從游離酸HO-N(CH3)3-CH2COOH的水溶液中得其一水合物的晶體，它在100℃時(shí)失水生成甜菜堿，在酸中穩(wěn)定。與濃氫氧化鉀水溶液作用得三甲胺。與濃氫氧化鉀水溶液作用得三甲胺。與糖產(chǎn)生美拉德反應(yīng)(褐變反應(yīng))。存在于甜菜根和棉籽等植物中，有刺鯊魚肉和蟹精汁等動物質(zhì)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與三甲胺作用而成。
應(yīng)用
食品添加劑
甜菜堿在調(diào)節(jié)味道和改良風(fēng)味的添加劑方面有很多用途。水產(chǎn)品的甜味與鮮味都與甜菜堿有著密不可分的聯(lián)系，當(dāng)核首酸的鮮味成分與其相互反應(yīng)，對酸度較高或堿度較高的食品非但能讓它的口感變得新鮮美味還能使它的的味道嘗起來格外柔軟，除卻原本的[甜、鮮]兩種味道，甜菜堿還能給水產(chǎn)品以獨(dú)特的風(fēng)味，這也進(jìn)一步的提升了產(chǎn)品加工后的風(fēng)味。
研制餌料和喂養(yǎng)飼料方面為了提高水產(chǎn)養(yǎng)殖食餌的效率可利用甜菜堿當(dāng)作一種增加魚蝦等食欲的添加劑。在幼小動物的成長中甜菜堿具有促進(jìn)作用而且脂肪的代謝和正常化肝功能中都很有益處，因此可作為添加劑摻放在飼料中。
水分活性抑制劑
在濃度比例上升時(shí)的甜菜堿，其水分子活性下降，與此同時(shí)甜菜堿如果和不同的水分活性抑制劑共同使用，能產(chǎn)生防止腐敗和腐爛的效果。
滲透調(diào)節(jié)
當(dāng)一些農(nóng)作物遭到了一些不利環(huán)境的影響時(shí)，比如鹽分過高、低溫凍害、缺水千燥等情況，甜菜堿可起到滲透調(diào)節(jié)的作用，為了緩解作物受到的傷害，提高其抵抗這些環(huán)境的能力，把甜菜堿用來來對抗干旱，嚴(yán)寒和鹽分過高的抑制劑。
合成途徑
天然提取法
甜菜糖蜜含甜菜堿可達(dá)12%~15%，是提取天然甜菜堿的主要原料。其提取方法有很多，有化學(xué)法、電解法、裂解法、離子樹脂交換法、離子樹脂排斥法、色譜分離法等。
離子交換法: 此法是將稀釋的糖蜜經(jīng)強(qiáng)陽離子交換樹脂柱與其他成分分離而留在柱內(nèi)，用稀氨水洗脫甜菜堿，洗脫液再流經(jīng)強(qiáng)陰離子交換樹脂，洗出液經(jīng)蒸發(fā)、脫色、結(jié)晶、過濾制得甜菜堿。離子排斥法: 此法是將糖蜜導(dǎo)入填充有聚乙烯二乙烯沒藥樹的色譜分離柱(樹脂交聯(lián)二乙烯苯 5.5%，柱溫 80C 左右，料液流速接近色譜系統(tǒng)臨界速度)，用水洗脫色譜柱時(shí)，鹽、糖與甜菜堿依次排出得以分離，再將收集液經(jīng)蒸發(fā)、濃縮、三段結(jié)晶、過濾制得純度約 98%的碘化鈉或一水甜菜堿。
化學(xué)合成法
用氯乙酸和三甲胺為原料在氫氧化鈉中進(jìn)行常壓反應(yīng)，經(jīng)離子交換洗脫出甜菜堿母液，然后經(jīng)蒸餾、鹽酸酸化、濃縮、結(jié)晶、過濾成甜菜堿鹽酸鹽，或母液經(jīng)濃縮、脫鹽、吸附處理后再制得純甜菜堿吸附劑產(chǎn)品。其反應(yīng)原理為:
CICH2COOH(氯乙酸) +NaOH
CICH2COONa+H20
CICH2COONa+ (CH3) 3N (三甲胺)
[(CH3) 3N+-CH2COO-]+NaCl
第2 步反應(yīng)生成甜菜堿與主要副產(chǎn)品 NaCl，但從中提純無水甜菜堿技術(shù)難度較大，設(shè)備昂貴，能耗較高。為了降低成本，大多企業(yè)生產(chǎn)甜菜堿鹽酸鹽替代純品甜菜堿。在第2步反應(yīng)完成后，甜菜堿母液經(jīng)鹽酸酸化生成甜菜堿鹽酸鹽，此時(shí)分離提純的過程相對較為簡單，成本較分離無水甜菜堿低。因此，目前市場上的產(chǎn)品大多為甜菜堿鹽酸鹽，其有效成分含量為75%左右。在整個過程中，需要嚴(yán)格控制反應(yīng)條件。
安全事宜
急救措施
1：必要的急救措施，如果吸入，將患者移到新鮮空氣處。 如呼吸停止，進(jìn)行人工呼吸。皮膚接觸用肥皂和大量的水沖洗。眼睛接觸用水沖洗眼睛作為預(yù)防措施。食入切勿給失去知覺者通過口喂任何東西。 用水漱口。
2 ：主要癥狀和影響，急性和遲發(fā)效應(yīng)尚未經(jīng)完整的研究。
消防措施
1 ：滅火方法及滅火劑，用水霧，抗乙醇泡沫，干粉或二氧化碳滅火。
2 ：特別的危害碳氧化物, 氮氧化物。
3： 給消防員的建議，如必要的話，戴自給式呼吸器救火。
泄露應(yīng)急處理
1： 作業(yè)人員防護(hù)措施，防護(hù)裝備和應(yīng)急處置程序避免吸入蒸氣、煙霧或氣體。
2 ：環(huán)境保護(hù)措施，不要讓產(chǎn)品進(jìn)入下水道。
3： 泄漏化學(xué)品的收容、清除方法及所使用的處置材料放入合適的封閉的容器中待處理。
操作處置與儲存
安全儲存的條件，包括任何不兼容性貯存在陰涼處。 使容器保持密閉，儲存在干燥通風(fēng)處。打開了的容器必須仔細(xì)重新封口并保持豎放位置以防止泄漏。建議的貯存溫度：2-8℃。
廢物處理方法
產(chǎn)品將剩余的和不可回收的溶液交給有許可證的公司處理。受污染的容器和包裝按未用產(chǎn)品處置。
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