在水溶液中,甜菜碱(COO-)吸引水分子中的氢原子,形成很强的氢键,改变水的活性。甜菜碱中的N原子对负电荷产生吸引力,而与N原子连接的甲基则产生排斥力。在固体状态下,甜菜碱结合一分子的结晶水；在水溶液中,甜菜碱的特性粘度和表观比重远高于甘油水溶液。当一分子水被甜菜碱结合时 ,它也很容易被另外一分子水取代,也就是说,水分子在甜菜碱附近停留的时间较其它保湿剂停留的时间短。

现代研究表明,甜菜碱主要具有能迅速改善肌肤和头发的水分保持能力,具有独特的保湿及保护细胞膜性能,同时能增加活性成分在水中的溶解度, 降低表面活性剂或果酸对皮肤的刺激性。有机渗透质是保护细胞内部代谢活性、对抗渗透性压力以稳定大分子结构的一类物质。如糖、多元醇、氨基酸及衍生物等,甜菜碱就是一种主要的有机渗透质。目前甜菜碱已被广泛应用于护肤产品、洗护发产品及口腔护理产品等个人护理产品领域中。

皮肤细胞是通过积累或释放有机渗透质,来改变细胞内部的渗透质的浓度，从而动态维持细胞的体积和水分平衡的。在外界高渗透压力如皮肤表皮层脱水或受到紫外线照射时，就会引起皮肤细胞内渗透质大量流失,从而造成表皮细胞凋亡,而甜菜碱渗透质就能明显抑制这一过程。甜菜碱运用于个人护理品中,就是作为有机渗透质通过对皮肤角质层的渗透来达到保护细胞的渗透平衡,从而增加表层肌肤的含水量的作用。甜菜碱独特的保湿机理使得其保湿性能区别于一般常用保湿剂。

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