茶与化学
1. 前言
中国是茶树的原产地，因而也是茶叶的故乡，是发现和利用茶叶最早的国家。数千年前就在我国的云南、贵州、四川等地发现了野生茶树。据已有的研究资料表明，茶叶的化学成分有500种之多，其中有机化合物达450种以上，无机化合物约有30种。这些化合物中有些是人体所必需的成分，称之为营养成分。如维生素类、蛋白质、氨基酸、类脂类、糖类及矿物质元素等，它们对人体有较高的营养价值。还有一部分化合物是对人体有保健和药效作用的成分，称之为有药用价值的成分。如茶多酚、、脂多糖等。
2. 茶的主要成分
2.1 水分
水分是茶树生命活动中必不可少的成分，是制茶过程一系列化学变化的重要介质。制茶过程中茶叶香味的变化就是伴随着水分变化而变化的。因此，在制茶时常将水分的变化作为控制品质的重要生化指标。茶鲜叶的含水量一般为75%～78%，鲜叶老嫩、茶树品种、季节不一，含
水量也不同。一般幼嫩芽叶、雨水叶、露水叶、大叶种，雨季、春季的含水量较高，高的可达84%左右。老叶、中小叶种和旱季、晴天叶含水量较低。
2.2 蛋白质与氨基酸
茶叶中的蛋白质含量占干物质量的20%～30%，能溶于水直接被利用的蛋白质含量仅占1%～2%。这部分水溶性蛋白质是形成茶汤滋味的成分之一。氨基酸是组成蛋白质的基本物质，含量占干物质总量的1%～4%。茶叶中的氨基酸主要有茶氨酸、谷氨酸、天门冬氨酸、天门冬酸胺、精氨酸、丝氨酸、丙氨酸、组氨酸、苏氨酸、谷氨酰胺、苯丙氨酸、甘氨酸、缬氨酸、酪氨酸、亮氨酸和异亮氨酸等25种以上，其中茶氨酸含量约占氨基酸总量50%以上。氨基酸，尤其是茶氨酸是形成茶叶香气和鲜爽度的重要成分，对形成绿茶香气关系极为密切。
2.3 生物碱
茶叶中的生物碱包括、可可碱和条碱。其中以的含量最多，约占2%～5%；其他含量甚微，所以茶叶中的生物碱含量常以测定的含量为代表。易溶于水，是
形成茶叶滋味的重要物质。红茶汤中出现的“冷后浑”就是与茶叶中的多酚类物质生成的大分子络合物，是衡量红茶品质优劣指标之一。可作为鉴别真假茶的特征之一。对人体有多种药理功效，如提神、利尿、促进血液循环、助消化等。
2.4 茶多酚
茶多酚是茶叶中三十多种多酚类物质的总称，包括儿茶素、黄酮类、花青素和酚酸等四大类物质。茶多酚的含量占干物质总量的20%～35%。而在茶多酚总量中，儿茶素约占70%，它是决定茶叶、香、味的重要成分，其氧化聚合产物茶黄素、茶红素等，对红茶汤的红艳度和滋味有决定性作用。黄酮类物质又称花黄素，是形成绿茶汤的主要物质之一，含量占干物质总量的1%～2%。花青素呈苦味，紫芽中花青素含量较高，如花青素多，茶叶品质不好，会造成红茶发酵困难，影响汤的红艳度；对绿茶品质更为不利，会造成滋味苦涩、叶底青绿等弊病。茶叶中酚酸含量较低，包括没食子酸、茶没食子素、绿原酸、咖啡酸等。
2.5 糖类
茶叶中的糖类包括单糖、双糖和多糖三类。其含量占干物质总量的20%～25%。单糖和双糖
又称可溶性糖，易溶于水，含量为0.8%～4%，是组成茶叶滋味的物质之一。茶叶中的多糖包括淀粉、纤维素、半纤维素和木质素等物质，含量占茶叶干物质总量的20%以上，多糖不溶于水，是衡量茶叶老嫩度的重要成分。茶叶嫩度低，多糖含量高；嫩度高，多糖含量低。茶叶中的果胶等物质是糖的代谢产物，含量占干物质总量的4%左右，水溶性果胶是形成茶汤厚度和外形光泽度的主要成分之一。
2.6 有机酸
茶叶中有机酸种类较多，含量为干物质总量的3%左右。茶叶中的有机酸多为游离有机酸，如苹果酸、柠檬酸、琥珀酸、草酸等。在制茶过程中形成的有机酸，有棕榈酸、亚油酸、乙烯酸等。茶叶中的有机酸是香气的主要成分之一，现已发现茶叶香气成分中有机酸的种类达25种，有些有机酸本身虽无香气，但经氧化后转化为香气成分，如亚油酸等；有些有机酸是香气成分的良好吸附剂，如棕榈酸等。
2.7 类脂类
茶叶中的类脂类物质包括脂肪、磷脂、甘油脂、糖酯和硫酯等，含量占干物质总量的8%左
右。对形成茶叶香气有着积极作用。类脂类物质在茶树体的原生质中，对进人细胞的物质渗透起着调节作用。
2.8 素
茶叶中的素包括脂溶性素和水溶性素两部分，含量仅占茶叶干物质总量的1%左右。脂溶性素不溶于水，有叶绿素、叶黄素、胡萝卜素等。水溶性素有黄酮类物质、花青素及茶多酚氧化产物茶黄素、条红素和茶褐素等。脂溶性素是形成干茶泽和叶底泽的主要成分。尤其是绿茶、干茶泽和叶底的黄绿，主要决定于叶绿素的总含量与叶绿素a和叶绿素b的组成比例。叶绿素a是深绿，叶绿素b呈黄绿，幼嫩芽叶中叶绿素b含量较高，所以干多呈嫩黄或嫩绿。在红茶加工的发酵过程中，叶绿素被大量破坏，产生黑褐物质和茶多酚的氧化产物，茶叶中的蛋白质、果胶、糖等物质结合，使红茶干呈褐红或乌黑，叶底呈红。绿茶、红茶、黄茶、白茶、乌龙茶、黑茶六大茶类的泽均与茶叶中素的含量、组成、转化密切相关。
2.9 芳香物质
茶叶中的芳香物质是指茶叶中挥发性物质的总称。在茶叶化学成分的总含量中，芳香物质含量并不多，一般鲜叶中含0.02%，绿茶中含0、005%～0、02%，红茶中含0.01%～0.03%。茶叶中芳香物质的含量虽不多，但其种类却很复杂。据分析，通常茶叶含有的香气成分化合物达三百余种，鲜叶中香气成分化合物为5O种左右；绿茶香气成分化合物达1O0种以上；红茶香气成分化合物达300种之多。组成茶叶芳香物质的主要成分有醇、酚、醛、酮、酸、酯、内酯类、含氮化合物、含硫化合物，碳氢化合物、氧化物等十多类。鲜叶中的芳香物质以醇类化合物为主，低沸点的青叶醇具有强烈的青草气，高沸点的沉香醇、苯乙醇等，具有清香、花香等特性。成品绿茶的芳香物质以醇类和吡嗪类的香气成分含量较多，吡嗪类香气成分多在绿茶加工的烘炒过程中形成。红茶香气成分以醇类、醛类、酮类、酯类等香气化合物为主，它们多是在红茶加工过程中氧化而成的。
2.10 维生素
茶叶中含有丰富的维生素类，其含量占干物质总量的0、6%～1%。维生素类分水溶性和脂溶性两类。脂溶性维生素有维生素A、维生素D、维生素E和维生素K等。维生素A含量较多。脂溶性维生素不溶于水，饮茶时不能被直接吸收利用。水溶性维生素有维生素C、维生素B1
、维生素B2、维生素B3、维生素B5、维生素乌龙茶的种类B11、维生素P和肌醇等。维生素C含量最多，尤以高档名优绿茶含量为高，一般每100克高级绿茶中含量可达250毫克左右，最高的可达500毫克以上。可见，人们通过饮用绿茶可以吸取一定的营养成分。
2.11 酶类
酶是一种蛋白体，在茶树生命活动和茶叶加工过程中参与一系列由酶促活动而引起的化学变化，故又被称为生物催化剂。茶叶中的酶较为复杂，种类很多，包括氧化还原酶、水解酶、裂解酶、磷酸化酶、移换酶和同工异构酶等几大类。酶蛋白具有一般蛋白质的特性，在高温或低温条件下有易变性失活的特点。各类酶均有其活性的最适温度范围，一般在30C～50℃范围内酶活性最强。酶若失活、变性，则就丧失了催化能力。酶的催化作用具有专一性，如多酚氧化酶，只能使茶多酚物质氧化，聚合成茶多酚的氧化产物茶黄素、茶红素和茶褐素等；蛋白酶只能促使蛋白质分解为氨基酸。茶叶加工就是利用酶具有的这种特性，用技术手段钝化或激发酶的活性，使其沿着茶类所需的要求发生酶促反应而获得各类茶特有的香味。如绿茶加工过程中的杀青就是利用高温钝化酶的活性，在短时间内制止由酶引起的一系列化学变化，形成绿叶绿汤的品质特点。红茶加工过程中的发酵就是激化酶的活性，促使茶
多酚物质在多酚氧化酶的催化下发生氧化聚合反应，生成茶黄素、茶红素等氧化产物，形成红茶红叶红汤的品质特点。
2.12 无机化合物
茶叶中无机化合物占干物质总量的3.5%～7.0%，分为水溶性和水不溶性两部分。这些无机化合物经高温灼烧后的无机物质称之为“灰分”。灰分中能溶于水的部分称之为水溶性灰分，占总灰分的50%～60%。嫩度好的茶叶水溶性灰分较高，粗老茶、含梗多的茶叶总灰分含量高。灰分是出口茶叶质量检验的指标之一，一般要求总灰分含量不超过6.5%。
3. 茶的分类
茶叶按加工工艺不同分为六大类：绿茶、红茶，青茶(俗称乌龙茶)、白茶、黄茶、黑茶。有些茶类可派生出再加工茶，如花茶，速溶茶类、茶饮料类、添加茶类等等。每种茶类再按产地，外形，香型或茶树品种等进行分类名命，如：西湖龙井、洞庭碧螺春。中国乌龙茶按产区可分为四大类：闽北乌龙(以武夷岩茶为代表)，闽南乌龙(以安溪铁观音为代表)，广东乌龙(以凤凰单丛为代表)和台湾乌龙(以洞顶乌龙为代表)。乌龙茶的产品是按产地和茶树品种进行命名的，如武夷水仙，平和奇兰等。
4. 茶的药理作用
茶为药用，在我国已有2700年的历史。现代科学大量研究证实，茶叶确实含有与人体健康密切相关的生化成分，茶叶不仅具有提神清心、清热解暑、消食化痰、去腻减肥、清心除烦、解毒醒酒、生津止渴、降火明目、止痢除湿等药理作用，还对现代疾病，如辐射病、心脑血管病、癌症等疾病，有一定的药理功效。可见，茶叶药理功效之多，作用之广，是其他饮料无可替代的。正如宋代诗人欧阳修《茶歌》赞颂的那样：“论功可以疗百疾，轻身久服胜胡麻。”茶叶具有药理作用的主要成分是茶多酚、、脂多糖等。具体作用有：
1、有助于延缓衰老
茶多酚具有很强的抗氧化性和生理活性，是人体自由基的清除剂。据有关部门研究证明，1毫克茶多酚清除对人机体有害的过量自由基的效能相当于9微克超氧化物歧化酶（SOD），大大高于其他同类物质。茶多酚有阻断脂质过氧化反应，清除活性酶的作用。据日本奥田拓勇试验结果，证实茶多酚的抗衰老效果要比维生素E强18倍。
2、有助于抑制心血管疾病
茶多酚对人体脂肪代谢有着重要作用。人体的胆固醇、三酸甘油脂等含量高，血管内壁脂肪沉积，血管平滑肌细胞增生后形成动脉粥样化斑块等心血管疾病。茶多酚，尤其是茶多酚中的儿茶素ECG和EGC及其氧化产物茶黄素等，有助于使这种斑状增生受到抑制，使形成血凝黏度增强的纤维蛋白原降低，凝血变清，从而抑制动脉粥样硬化。
3、有助于预防和抗癌
茶多酚可以阻断亚硝酸铰等多种致癌物质在体内合成，并具有直接杀伤癌细胞和提高机体免疫能力的功效。据有关资料显示，茶叶中的茶多酚（主要是儿茶素类化合物），对胃癌、肠癌等多种癌症的预防和辅助，均有稗益。
4、有助于预防和辐射伤害
茶多酚及其氧化产物具有吸收放射性物质锶90和钴60毒害的能力。据有关医疗部门临床试验证实，对肿瘤患者在放射过程中引起的轻度放射病，用茶叶提取物进行，有效率可达90%以上；对血细胞减少症，茶叶提取物的有效率达81.7%；对因放射辐射而引起的白血球减少症效果更好。