据现代科学检测，茶叶中含有600余种物质，其中有机物质有500余种，约占总量的93.0％～96.5％；无机化合物有100余种，约占总量的3.5％～7.0％。
生物碱类
生物碱亦称为植物碱，是一类碱性含氮有机化合物。茶叶中含的生物碱包括咖啡碱、茶碱、可可碱、腺碱等。其中，咖啡碱的含量最高，占茶叶总重的2%~5%。
生物碱主要有以下功效：
1、是中枢神经系统的兴奋剂，可使人精神振奋、睡意消失、疲乏减轻，增强人的思维活力和记忆力，提高工作效率。
2、可强化血管壁弹性，松弛平滑肌肤，有极好的强心作用。
3、降低血液中的胆固醇，防止动脉粥样硬化，促进胃液分泌助于消化，并能保持人体的酸碱平衡。
茶多酚
茶多酚主要有以下功效：
1、调节生理功能，防止动脉粥样硬化，降血脂、降血糖、降血压，增强人体免疫力，减轻烟草对人体的毒害，美容养颜。
2、抗癌变、抗衰老。目前茶多酚已可提炼成药物，被用于临床医学，大量的医学案例证实，它对防治“人类头号杀手”心脑血管疾病，具有十分显著的作用。
茶多酚显现口感的主要是茶单宁，也称单宁酸、鞣酸，主要表现为涩味。涩味是单宁酸在口腔中使蛋白质凝固而产生的收敛感。单宁酸的化学组成复杂，因原料而有较大差异。可分为两大类：可水解单宁(又称酯型儿茶素)和缩合单宁，前者刺激性较强，涩味明显，并使口腔感觉“粗糙”；后者刺激性弱，涩味弱，使口腔感觉“爽口”、“顺滑”。另外茶单宁（儿茶素）没有咖啡碱稳定，比较容易分解成单糖等甜味物质，因此苦之后会紧接着感受到甜味。
矿物质类
现代医学把人体所需的矿物质元素称为“生命元素”，因为人体骨骼的坚硬、肌肉的收缩、血液的酸碱平衡、大脑的发育、智力的高低，均与矿物质密切相关。
人们主要从谷物、肉、蛋、鱼、奶和各种蔬菜、水果等食物中摄取矿物质类的常量元素，饮茶亦可作为一点补充。
维生素类
在每百克茶叶中，含有维生素A 0.42~0.63毫克，维生素B1 0.1~0.36毫克，维生素B2 0.17~0.35毫克，维生素B6 0.28~0.46毫克，维生素C 8~19毫克。多喝茶有利于补充人体所缺乏的维生素，提高人体免疫力，预防多种疾病。
芳香类物质
蛋白质和氨基酸类
蛋白质是生命活动中最重要的基本物质，生命的构成离不开蛋白质，生命的根本现象如繁殖、遗传、运动也都离不开蛋白质。茶叶中蛋白质的含量虽然占15%~30%，但溶于水的不到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，茶叶中的氨基酸已发现有茶氨酸、谷氨酸、天门冬氨酸等26种，且各种氨基酸季节变化规律明显，氨基酸总量表现为春高、秋低、夏居中的趋势。
氨基酸是茶叶鲜爽口感的主要贡献者，它不仅在口感上中和了多酚类、咖啡碱的苦涩味，同时也能演化出千遍万化的迷人香气，是高等级茶品不可或缺的一部分。
有机酸
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。
糖类
糖类是生物界分布最广泛的一类有机化合物，由碳、氢、氧三种元素组成，它包括葡萄糖、蔗糖、果糖、淀粉、纤维素等。糖类是人体热量的主要来源。茶中糖类物质的含量占总重的20%~25%，但泡茶时能浸出的只有它的5%，所以茶是低糖饮品，无论健康的人，还是糖尿病患者，均可放心饮茶。
糖类在味觉表现为甜味，在嗅觉为甜香味。糖类中的果胶对口感有重要的作用。果胶在嫩度适中的茶叶中含量最高，达干茶的4-5%，水溶性好，有粘性，能让口腔感觉“稠”、“滑”。陈化过程中果胶可降解为水溶性碳水化合物从而增加滋味。
脂多糖类
脂多糖是糖类与脂类构成的大分子化合物，约占茶叶总重的3%左右，是构成茶叶细胞壁的重要组成成分。
脂多糖可增强人体免疫功能，有防治辐射损伤的作用，同时也有改善造血功能、增加白细胞数量、保护正常血象等功效。
类脂类
脂类、蛋白质、糖类被称为人类的三大营养素。脂类是脂肪和类脂的总称。茶叶中脂类的含量占干茶重的2%~3%，相对人体对脂类的日常需求量而言，茶叶中的脂类含量微不足道，但它有助于人体对茶叶中脂溶性维生素（胡萝卜素、维生素D/E/K）的吸收，同时对形成茶叶香气有着积极作用。
茶色素
茶叶中的色素按其溶解性又分为脂溶性色素和水溶性色素。脂溶性色素不溶于水，例如叶绿素、叶黄素和胡萝卜素，主要体现为干茶的颜色和叶底的颜色；水溶性色素则易溶于水，例如茶红素、茶黄素和茶褐素，是构成茶汤颜色的主要成分。
茶皂素
常看到茶汤出现泡沫白沫，能产生这种“白沫”的物质叫做茶皂素。茶皂素是山茶科植物中含有的一类天然糖苷化合物，是一类齐墩果烷型五环三萜皂苷的混合物，基本结构由皂苷元、糖体、有机酸三部分组成。茶皂素有促进体内激素分泌、调节血糖含量、降低胆固醇含量、降血压等功效。
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