茶叶中含有咖啡碱、茶碱和可可碱，都能溶于水，其中主要是咖啡碱，呈苦涩味，与茶多酚、氨基酸一起是决定茶叶口感品质的三大主要成份。
咖啡碱跟氨基酸一样，喜欢往茶叶的嫩芽嫩茎跑；同时跟茶多酚相似，大叶茶种咖啡碱含量比小叶茶种多，夏天高温时也更容易积累。
咖啡碱和茶多酚是茶叶苦涩味的重要来源（多酚化合物、茶皂物也能形成苦），但是又有些不同。茶多酚具有收敛性和苦涩感，但他能促进回甘，而咖啡碱的苦那是真的苦，几乎转化不了回甘。但另一方面，咖啡碱跟儿黄素、茶黄素等物质结合，又可以提升茶顺滑鲜爽的感觉。
咖啡碱能兴奋中枢神经、松弛动脉、促进血液循环，有利尿、强心和一定的解酒功效。
茶多酚、氨基酸、咖啡碱，以及三者所衍生的其他化合物，构成了茶汤滋味香气的重要组成。
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