甜菜碱，并非指单一化合物，而是一类具有特殊 “两性离子” 结构的有机化合物总称，因最早从甜菜的根、茎中分离得到而得名。从化学结构特点来看，甜菜碱的核心特征是分子内同时含有带正电荷的阳离子基团（通常是季铵基，即氮原子与四个碳原子相连形成的正电荷中心）和带负电荷的阴离子基团（如羧基、磺酸基等），且这两种带电基团通过碳链连接在同一分子上，形成 “内盐” 结构 —— 无需外界离子参与，分子自身就能实现正负电荷的平衡。这种独特的结构，决定了甜菜碱一系列特殊的化学应用特性。
在生物领域，甜菜碱的作用尤为突出，其中最典型的是其 “渗透保护剂” 功能。在植物细胞中，当外界环境发生变化（如干旱、盐碱化）时，细胞会面临失水或离子胁迫的风险。此时，细胞会主动合成或积累甜菜碱：由于甜菜碱的两性离子结构，它能溶解在细胞液中，却不会像其他离子那样对细胞内的酶、蛋白质等生物大分子产生破坏作用；同时，甜菜碱能提高细胞液的渗透压，帮助细胞从外界环境中吸收水分，或减少水分的流失，从而维持细胞的正常形态和生理功能。例如在盐碱地中生长的耐盐植物，其体内甜菜碱的含量通常远高于普通植物，正是依靠甜菜碱的渗透调节作用，它们才能在高盐环境中存活。
在食品工业领域，甜菜碱也有广泛应用。由于其分子结构稳定，且具有一定的甜味（甜度低于蔗糖），同时能与食品中的蛋白质、脂肪等成分良好兼容，常被用作食品添加剂中的 “保湿剂” 和 “风味改良剂”。作为保湿剂，甜菜碱的两性离子结构能与水分子形成氢键，锁住食品中的水分，防止食品在储存过程中变干、变硬，延长食品的保质期；作为风味改良剂，它能中和食品中的苦涩味，提升整体口感，常见于烘焙食品、饮料等产品中，为食品的品质提供保障。