茶和咖啡是世界消費量巨大的無酒精飲料，日常飲用具有提神、抗疲勞等多種生理作用。本文主要對什么是茶和咖啡的提神物質(zhì)(咖啡堿)、茶和咖啡中咖啡堿的含量以及一杯茶與一杯咖啡所含咖啡堿含量的差異進行介紹。
★什么是茶和咖啡的主要提神物質(zhì)?
茶和咖啡都有一定的提神作用，困了喝杯茶或咖啡，有很好的提神效果。茶和咖啡所含的最主要的提神成分都是同一種物質(zhì)——咖啡堿?？Х葔A是嘌呤生物堿類化合物，化學名稱為1, 3, 7-三甲基黃嘌呤，結(jié)構(gòu)如下圖?？Х葔A能刺激神經(jīng)系統(tǒng), 提高大腦記憶和識別能力，具有提神、抗疲勞的作用，另外還具有利尿等生理作用。
★茶和咖啡的制作原料?
茶樹是山茶科山茶屬茶組植物。目前世界上主要栽培的是茶組植物的茶變種，包括茶變種(多在我國北方茶區(qū)種植，為灌木型茶樹)和普洱茶變種(主要種植在我國的西南茶區(qū)，多為小喬木型茶樹)。茶由茶樹的新梢通過一定的加工工藝制作而成。我們?nèi)粘ｏ嬘玫牟枞~咖啡堿含量在2.5%-3.5%之間。
咖啡是茜草科咖啡屬真咖啡組植物。目前世界上主要種植的有小粒種、中粒種和大粒種。其中生產(chǎn)上栽培的主要為小粒種和中粒種, 小粒種咖啡約占栽培面積的80%?？Х?粉)是由咖啡樹的種子通過一定的加工方式制作而成的咖啡豆粉?？Х榷沟目Х葔A含量在1.0%-1.7%之間。
★一杯茶與一杯咖啡那個咖啡堿含量更高?
咖啡堿微溶于冷水，但是易溶于沸水，溶出率很高。為了方便計算我們假定茶和咖啡中的咖啡堿全溶在水中。計算方法如下。
日常泡茶的茶水比一般為1(g)：50(ml)，3g茶葉沖泡一杯150ml的茶湯，也就是說一杯茶約含有75mg-105mg咖啡堿(茶的咖啡堿含量在2.5%-3.5%)。
日常飲用咖啡的咖啡粉與水的比例一般為1(g)：18(ml)，8.3g咖啡粉可以沖泡一杯150ml咖啡，也就是說一杯咖啡約含有83mg-141.1mg咖啡堿(咖啡豆的咖啡堿含量在1.0%-1.7%)。
通過上邊的粗略計算可知，茶湯(150ml)中的咖啡堿含量平均在90mg，而一杯咖啡(150ml)中的咖啡堿含量在112.05mg，也就是說一杯咖啡含有更多的咖啡堿(日常沖泡的茶和咖啡中咖啡堿的含量應都小于這個理論值，因為總有一部分咖啡堿沒用溶于茶湯和咖啡中)。
茶和咖啡都是世界消費量巨大的無酒精飲料，因都含有咖啡堿而具有提神、抗疲勞等多種生理作用。由于茶葉還含有一些特征性鮮味和甜味成分，使得茶沒有咖啡那么苦，滋味也更容易讓人接受。但是，喜歡喝什么則由自己的喜好和習慣決定，反應的是對一個飲品綜合品質(zhì)的接受和喜愛。
來源：茶科學
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咖啡堿（1,3,7-三甲基黃嘌呤，Caffeine）是衍生于嘌呤核苷酸的一種嘌呤生物堿，已被發(fā)現(xiàn)存在于茶、咖啡和可可等60多種不同的植物中。咖啡堿是茶葉滋味物質(zhì)的主要組成成分，除了其本身的苦味之外，還可與茶黃素、茶紅素以氫鍵締合形成絡合物提高茶湯品質(zhì)。飲茶則有興奮神經(jīng)中樞、緩解疲勞、助消化、強心解痙和利尿等功效。
茶樹中的咖啡堿主要集中分布在新梢中，且以鮮嫩的芽葉含量最高，并隨芽葉的老化而逐漸減少，這種分布規(guī)律與咖啡堿在茶樹體內(nèi)的生物合成與代謝機制密切相關。
茶樹中的咖啡堿主要分布在葉組織并集中在新梢中，尤其以一葉中含量最高并隨葉質(zhì)的老化而逐漸降低。除葉片外，茶花、茶樹莖梗、茶籽和根部也含有咖啡堿，但其含量甚微。茶花的花瓣和雄蕊可以合成咖啡堿，且在茶花盛開前期的生物合成活性最高；莖梗中的咖啡堿以莖上部分居多并隨著莖梗的硬化而呈下降趨勢，莖下部含量僅為0.01%左右；在茶樹果實即茶籽完全成熟之前，咖啡堿的含量在顯著增加，但茶籽中的咖啡堿只分布在種皮中，占鮮重的0.09%左右；根部不足0.01%（表1）。
Ashihara等通過[8-1?C]腺嘌呤示蹤實驗證明，咖啡堿的合成主要發(fā)生在茶樹的幼葉中，在葉片中積累，并發(fā)現(xiàn)咖啡堿的合成前體可可堿主要存在于茶樹嫩梢中；大量的[8-1?C]腺嘌呤在茶樹幼葉中合成可可堿并進一步合成咖啡堿；茶樹體內(nèi)超過99%的咖啡堿存在于葉片中。茶樹中咖啡堿的含量與茶樹品種、外部環(huán)境因子如季節(jié)、溫度、光照和土壤條件等有關。生產(chǎn)經(jīng)驗和科學研究表明，適當遮陰一方面可抑制咖啡堿的分解，另一方面可促進茶樹新梢中咖啡堿的合成，顯著提高茶葉中咖啡堿的含量。
研究者們通過1?C同位素示蹤、底物專一性和重組N-甲基轉(zhuǎn)移酶等實驗對茶樹、咖啡等植物體內(nèi)的咖啡堿代謝反應研究證明，咖啡堿的骨架——黃嘌呤來自于嘌呤核苷，咖啡堿的主要合成過程由1步核苷酶反應和3步甲基化反應完成，其主要合成途徑為：黃苷→7-甲基黃苷→7-甲基黃嘌呤→可可堿（3,7-二甲基黃嘌呤）→咖啡堿（1,3,7-三甲基黃嘌呤）（圖1）。
在黃苷-N-甲基轉(zhuǎn)移酶的作用下，黃苷的7-N-甲基化并轉(zhuǎn)化為7-甲基黃苷；7-甲基黃苷在黃苷酶的催化下水解生成7-甲基黃嘌呤；7-甲基黃嘌呤經(jīng)可可堿合成酶（單甲基黃嘌呤-N-甲基轉(zhuǎn)移酶）的作用進一步甲基化轉(zhuǎn)化成可可堿；最后，可可堿在咖啡堿合成酶（二甲基黃嘌呤-N-甲基轉(zhuǎn)移酶）的催化作用下進行第三步甲基化最終生成咖啡堿。
Ashihara等發(fā)現(xiàn)在茶樹幼葉中還存在另外2條咖啡堿合成路徑，其一為：黃嘌呤→3-甲基黃嘌呤→茶堿→咖啡堿；其二為：黃苷→7-甲基黃苷→7-甲基黃嘌呤→副黃嘌呤→咖啡堿。體外研究發(fā)現(xiàn)，以副黃嘌呤為底物，咖啡堿合成酶的催化活性最高，表明相對于可可堿和7-甲基黃嘌呤，副黃嘌呤是咖啡堿合成酶的最佳底物。但是，同位素示蹤實驗表明，在茶樹體內(nèi)，咖啡堿的合成以催化可可堿為主，幾乎不經(jīng)過副黃嘌呤。
黃苷是嘌呤生物堿合成的起始底物，目前已發(fā)現(xiàn)4條合成途徑：腺嘌呤核苷酸合成途徑（AMP途徑）、鳥嘌呤核苷酸途徑（GMP途徑）、S-腺苷-L-蛋氨酸循環(huán)途徑（SAM途徑）以及二次利用途徑（Denovo途徑）（圖1）。用于咖啡堿合成的黃苷有一部分來自于腺嘌呤和鳥嘌呤核苷酸池，這些核苷酸池是通過二次利用和補救途徑產(chǎn)生的。
咖啡堿的分解代謝最早發(fā)現(xiàn)于咖啡植物體內(nèi)，隨后大量的1?C同位素標記示蹤實驗證明咖啡堿在茶樹等植物體中的分解首先經(jīng)過3步脫甲基化轉(zhuǎn)化為黃嘌呤，即咖啡堿→茶堿→3-甲基黃嘌呤→黃嘌呤；繼而，黃嘌呤通過傳統(tǒng)的嘌呤代謝途徑最終分解為CO2和NH3，即黃嘌呤→尿酸→尿囊素→尿囊酸→尿素→CO2和NH3（圖2）。
咖啡堿（1,3,7-三甲基黃嘌呤）首先在7-N-脫甲基酶的作用下脫去7-甲基轉(zhuǎn)化為茶堿（1,3-二甲基黃嘌呤）；茶堿經(jīng)1-N-脫甲基酶的催化再脫去1-甲基生成3-甲基黃嘌呤；在3-N-脫甲基酶的作用下，3-甲基黃嘌呤脫去3-N-甲基后轉(zhuǎn)化為黃嘌呤?？Х葔A轉(zhuǎn)化為黃嘌呤的分解途徑在茶樹等植物體和動物體中是相同的，但黃嘌呤的進一步分解因物種的不同而存在差異。在茶樹等植物體內(nèi)，黃嘌呤最初經(jīng)黃嘌呤脫氫酶氧化生成尿酸；尿酸繼而被尿酸氧化酶氧化成尿囊素；在尿囊素酶的催化下，尿囊素水解為尿囊酸；進一步在尿囊酸酶的作用下，水解生成尿素和乙醛酸；尿素在尿酶的作用下最終分解生成CO2和NH3?？Х葔A等嘌呤生物堿在茶樹體內(nèi)的分解代謝主要發(fā)生在老葉中，產(chǎn)生的尿酸、尿囊素可以從茶葉中轉(zhuǎn)運出來，作為儲備物質(zhì)供再次利用。而人和動物體內(nèi)因缺少尿囊素酶、尿囊酸酶和尿酶等一系列酶，故分解尿酸的能力不及植物，常以尿酸為代謝產(chǎn)物排出體外。
S-腺苷-L-蛋氨酸（SAM）廣泛分布在生物體內(nèi)，是嘌呤堿發(fā)生甲基化的甲基供體。而保守結(jié)構(gòu)域A、B和C是大多數(shù)植物中甲基供體SAM的靶基因結(jié)合位點，在識別嘌呤環(huán)N-甲基化位置和催化甲基化反應中起著重要的作用?？Х葔A的生物合成包括3步甲基化過程，由3種不同的SAM依賴型N-甲基轉(zhuǎn)移酶催化完成。根據(jù)其底物特異性可分為3種類型：7-甲基黃苷合成酶（催化黃苷形成7-甲基黃苷）、可可堿合成酶（3,7-二甲基黃嘌呤合成酶，催化7-甲基黃嘌呤形成可可堿）、咖啡堿合成酶（1,3,7-三甲基黃嘌呤合成酶，催化可可堿形成咖啡堿）。
7-甲基黃苷合成酶是一類底物專一性的酶，參與第一步甲基化反應催化黃苷形成7-甲基黃苷。第二步甲基化反應是7-甲基黃嘌呤轉(zhuǎn)化為可可堿，由可可堿合成酶催化完成。咖啡堿合成酶參與咖啡堿生物合成的最后兩步，既可催化7-甲基黃嘌呤轉(zhuǎn)化為可可堿，也可催化可可堿形成咖啡堿。
咖啡堿對人類的精神運動和認知能力有積極的影響，包括在習慣性攝入低至中等劑量咖啡堿的情況下提高警覺性、能量和興奮；相反，高劑量的咖啡堿會引起諸如血壓升高、緊張、心悸、焦燥不安、失眠和胚胎畸形等負面影響，且長期食用會使人產(chǎn)生依賴感，不適于兒童、孕婦、老人及神經(jīng)衰弱者。而低咖啡堿茶產(chǎn)品可以滿足這些特殊人群對茶葉的需求，也可充分發(fā)揮茶葉的保健功效。因此，低咖啡堿茶產(chǎn)品越來越受到茶葉市場的重視。
目前國內(nèi)外主流的脫茶葉咖啡堿的方法是利用物理、化學、生化等加工工藝，但這些方法多用于深加工茶產(chǎn)品，加工成本較高且存在一定的溶劑殘留，在很大程度上影響成品茶的感官品質(zhì)。而福建南部山區(qū)的紅芽茶、廣東南昆山的可可茶、廣西大瑤山的禿房茶等則是天然的低咖啡堿高可可堿茶樹資源，其成品茶不僅可以避免過多攝入咖啡堿帶來的負面影響還省去了脫咖啡堿的加工成本。此外，這些低咖啡堿茶樹因其又富含可可堿和非表型兒茶素而具有較突出的抗氧化等生物活性和抗炎等保健功效。
茶樹等植物體內(nèi)包括嘌呤核苷酸代謝、細胞間易位和在特定細胞部位（如葉綠體和液泡）積累的咖啡堿合成與分解的細胞代謝機制已經(jīng)明確。這為研究天然低咖啡堿茶樹資源的咖啡堿代謝機制提供了理論基礎，同時為繁育天然低咖啡堿茶樹品種提供了技術支持。
（具體內(nèi)容詳見《中國茶葉》2020年第7期，P1-6，《茶樹體內(nèi)咖啡堿生物代謝研究進展》，作者：閆振，黃健垚，高路，王登良）
閆振
男，茶學碩士，畢業(yè)于安徽農(nóng)業(yè)大學茶樹生物學與資源利用國家重點實驗室，研究方向為茶樹生物化學?，F(xiàn)就職于廣東德高信茶葉控股有限公司，從事茶葉產(chǎn)品研發(fā)等工作。
17世紀前，歐洲人的日常飲品還是啤酒和葡萄酒。隨著咖啡與茶的傳入，給歐洲人帶來了一種全新的生活體驗。其中來自中國的茶飲，就在歐洲封建貴族階層一度風靡。當然，提到茶在歐洲的流行，最有發(fā)言權國家無疑是“英國”。
18世紀初，英國還是一個沒什么人喝茶的國家，而到了18世紀末，全國上下幾乎人人都在飲茶。酒精容易使人精神萎靡，茶和咖啡則能使人神清氣爽、精力充沛，工作效率也顯著提高。
這是因為這二者中都含有一種叫“生物堿”的東西，譬如常見的咖啡堿、茶葉堿、可可堿等。
這三者是不同的物質(zhì)，但都有提神作用，今天，就來說說這個茶葉中含量豐富的咖啡堿！
《一》許多人會疑惑，為什么明明是茶里的東西，卻要叫“咖啡堿”呢？
其實，那是因為這種物質(zhì)最先在咖啡豆中被發(fā)現(xiàn)，因此按例被冠名為“咖啡堿”！許多人將茶葉中的“咖啡堿”與“茶堿”混為一談，其實二者是不同的物質(zhì)。根據(jù)性質(zhì)來看，咖啡堿主要有興奮作用，而茶堿的功能主要是利尿?？Х葔A主要存在于茶葉、咖啡、可可豆等植物中，而茶葉中的生物堿主要有咖啡堿、茶堿和可可堿，咖啡堿是茶葉生物堿中的最主要成分，占據(jù)茶葉生物堿總量的98%！
《二》茶葉咖啡堿是從茶葉中分離提取而得的天然食品添加劑，同時也是飲料等食品的功能性營養(yǎng)添加劑。其具有提高人體機能和運動機能、強心、利尿等功能，茶葉咖啡堿在人體代謝中分解速度較快，因而對人體副作用甚微。
目前，已知世界上已有160多個國家允許在飲料中加入咖啡因，美國和日本等均提倡使用天然咖啡因，我國于1991年已把茶葉咖啡因列入飲料添加劑范圍。
《三》咖啡堿是形成茶湯風味爽口的重要成分?？Х葔A與兒茶素、茶黃素等形成絡合物，從而提供具有一定刺激性而又較為協(xié)調(diào)的爽口感?？Х葔A本身的滋味是比較難以接受的苦味，咖啡中也含有較多的咖啡堿，所以不常喝咖啡的人會比較難接受。
但是，茶葉中的滋味不僅來源于咖啡堿，而是多酚類化合物、茶皂素等共同作用形成的。需要注意的是，咖啡堿本身的苦是不回甘的，但往往茶湯的苦都伴隨著回甘，這是因為茶葉中含有的其他多酚類化合物的作用。
茶友們，現(xiàn)在清楚咖啡堿是怎么一回事了吧！
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