生物碱茶叶中的生物碱包括咖啡碱、茶碱、可可碱、嘌呤碱等。咖啡碱是茶叶中一种含量很高的生物碱，一般含量为2—5％。每杯150毫升的茶汤中含有40毫克左右咖啡碱。咖啡碱的功能有兴奋中枢神经系统、消除疲劳、提高劳动效率；抵抗酒精、烟碱和吗啡等的毒害作用；强化血管和强心作用；增加肾脏血流量，提高肾小球滤过率，有利尿作用；松弛平滑肌，消除支气管和胆管泾挛；控制下视丘的体温中枢，调节体温；降低胆固醇和防止动脉粥样硬化。在对咖啡碱安全性评价的综合报告中的结论是：在人正常的饮用剂量下，咖啡碱对人无致畸、致癌和致突变作用。
茶碱功能与咖啡碱相似，兴奋中枢神经系统较咖啡碱，强化血管和强心作用、利尿作用、松弛平滑肌作用比咖啡碱强。
可可碱的功能与咖啡碱和茶碱相似，兴奋中枢神经的作用比前两者都不得弱；强心作用比茶碱弱但比咖啡碱强；利尿作用比前两者都差，但持久性强。
茶叶中的多酚类化合物，包括了茶单宁、茶鞣酸、茶鞣质、儿茶素等，茶分为6类，质量占干茶20％—35％，其中儿茶素占茶多酚的60％—80％，为干重的12％—24％。茶多酚的功能是增强毛细血管的作用；抗炎抗菌，抵制病原菌的生长，并有灭菌作用；影响维生素C代谢，刺激叶酸的生物合成；能够影响甲状腺的机能，有抗辐射损伤作用；作为收敛剂可用于治疗烧伤；可与重金属盐和生物碱结合起解除毒的作用；缓和胃肠紧张，防炎止泻；增加微血管韧性，防治坏血病，并有利尿作用。
芳香类物质
茶叶中的芳香类物质包括萜烯类、酚类、醇类、酸类、酯类等。其中萜烯类有杀菌、消炎、祛痰作用，可治疗支气管炎。酚类有杀菌、兴奋中枢神经和镇痛的作用，对皮肤还有刺激和麻醉的作用。醇类有杀菌的作用。醛类和酸类均有抑杀霉菌和细菌，以及祛痰的功能，后者还有溶解角质的作用。酯类可消炎镇痛、治疗痛风，并促进糖代谢。
脂多糖类
茶叶含有脂多糖类物质，农业大学物质具有抗辐射损伤，改善造血功能的作用。脂多糖是构成茶细胞壁的大分子复合物，茶叶中脂多糖的含量约为3％。药理试验表明，适当的植物脂多糖进入动物或人体后，在短时间内就可以增强肌体的非特异性免疫能力，对提高肌体的抵抗力有很大作用。动物试验表明，茶叶中的脂多糖有防辐射的功效，同时也有改善造血功能的作用。
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