甜菜碱最早在19世纪60年代由德国化学家从甜菜中提取，它是甘氨酸的三甲基衍生物，分子式为C5H11NO2，相对分子量为117.15。甜菜碱为黄色或白色晶体，味甘甜、微苦，在200 ℃下性质较稳定，易溶于水与醇类有机溶剂，遇强碱分解为三甲胺。作为两性季铵型生物碱，其分子结构的两大特性为分子内部电荷呈中性和含3个活性甲基。

甜菜碱会影响营养物质的消化利用率。在猪及家禽中的研究发现，甜菜碱可以改善回肠或者总消化道对干物质或有机物的消化率。将肉鸡饲粮中甜菜碱添加水平从0.05%提高到0.10%可以改善粗蛋白质的消化率，并显著提高粗纤维的消化率。仔猪上的研究发现，甜菜碱能提高氨基酸的回肠消化率，增加回肠和总消化道中的中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的消化率。由于猪和家禽的肠道细胞并不会生成纤维降解酶，消化道纤维消化能力的提高表明甜菜碱可能会刺激肠道微生物对纤维的发酵。

渗透调节作用是指通过调节水分进出维持细胞的结构及功能。甜菜碱作为渗透调节剂，在维持肠细胞形态及功能方面发挥重要作用。细胞内水分含量的改变会影响离子强度，进而影响细胞内酶及蛋白质结构。甜菜碱通过在遭受渗透压及离子压力细胞的细胞器中积累，替代无机离子，进而保护细胞内的酶及细胞膜免遭无机离子的破坏。甜菜碱还能增加细胞的体积及高渗透压下细胞内自由水的含量，从而维持细胞的正常增殖能力。由于营养物质的吸收依赖完整的肠道上皮，甜菜碱的渗透调节作用也可能改善营养物质的消化。与肠细胞相似，肠道微生物也暴露在各种渗透状况下，甜菜碱在许多革兰氏阴性菌及革兰氏阳性菌中发挥渗透调节作用，帮助微生物抵抗渗透胁迫。

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