基本介紹
- 中文名：茶葉生物鹼
- 外文名：tea alkaloids
- 主要成分：嘌呤鹼
- 基本性質：一類含氮雜環結構的有機化合物
- 分布：植物界分布較廣
- 特點：茶葉中重要的化學成分
基本性質,物理性狀,溶解性,熔點與升華,光譜性質,酸鹼性,沉澱反應,顯色反應,締合作用,結構特點,分類介紹,咖啡鹼,可可鹼,茶葉鹼,生物合成,合成原料,咖啡鹼,可可鹼,茶鹼,分解代謝,咖啡鹼功能,興奮作用,強心作用,促消化液分泌,抗過敏、滅菌,利尿作用,抗肥胖作用,影響呼吸,解熱鎮痛,其他作用,相關比較,提取方法,分析方法,傳統分析技術,現代分析技術,工業套用,食品、飲料行業,醫藥行業,日用化工行業,其他領域,注意事項,
基本性質
生物鹼是指一類含氮有機化合物, 在植物界分布較廣, 現已知至少有 50 多個科 120 個屬以上的植物中含有生物鹼, 已經發現分離出的生物鹼近 6 000種。生物鹼在植物體內含量懸殊較大，高可達1%，低可至千萬分之幾。而茶葉中生物鹼含量可高達2-5%，主要是嘌呤類生物鹼。
茶葉中嘌呤鹼主要有咖啡鹼（caffeine,占茶葉乾重的2~4%，是茶葉中的特徵性成分之一）、可可鹼（theobromine, 0.05%）、茶葉鹼（theophylline, 0.002%），它們均為黃嘌呤的甲基衍生物。
物理性狀
茶葉中嘌呤鹼也和大多數生物鹼一樣，均為無色結晶，有苦味，有的還可以因熱升華而不會被破壞。
溶解性
咖啡鹼能溶於水，易溶於80℃以上熱水，能溶於乙醇、丙酮，易溶於氯仿，較難溶於苯和乙醚。可可鹼難溶於冷水、乙醇、能溶於沸水，幾乎不溶於苯、乙醚及氯仿。茶葉鹼易溶於熱水，微溶於冷水、乙醇、氯仿，難溶於乙醚。
熔點與升華
咖啡鹼熔點為235℃～238℃，在120℃以上開始升華，到180℃可大量升華成針狀結晶。可可鹼熔點為375℃，加熱至290℃～295℃時能升華。茶葉鹼熔點為269℃～274℃。
光譜性質
咖啡鹼、可可鹼、茶葉鹼都有共同的紫外吸收光譜，在272nm ～274nm處有最大的吸收峰
酸鹼性
咖啡鹼為三甲基黃嘌呤衍生物，分子中兩個N原子呈醯胺狀態，其中一個雖呈弱鹼性，另一個不但鹼性極弱，且更接近於弱酸性，不易與酸結合成鹽，即使結合形成的鹽也極不穩定，溶於水或醇中能立即分解，轉為游離的咖啡鹼和酸。茶葉鹼和可可鹼是二甲基黃嘌呤衍生物，不但鹼性很弱，還能溶解在氫氧化鈉水溶液中生成鈉鹽，表現為兩性化合物的性質。
茶葉生物鹼
茶葉生物鹼
沉澱反應
茶中的嘌呤鹼同樣可與大多數生物鹼沉澱劑作用生成難溶於另外，茶葉中的嘌呤鹼還可與大多數生物鹼沉澱劑作用生成難溶於水的復鹽或大分子絡合物等。
試劑名稱 | 試劑 | 與生物鹼（B）反應物 |
碘-碘化鉀試劑（Wanger試劑） | KI.I2 | 棕色沉澱（B.I2.HI）≡N：…I.I |
碘化鉍鉀試劑（Dragendorff試劑） | BiI3KI | 多為紅棕色沉澱（BH.BiI4） |
碘化汞鉀試劑（Mayer試劑） | HgI2.2KI | 白色或淡黃色沉澱（BH.HgI3或（BH）2HgI4） |
矽鎢酸試劑（Bertrand試劑） | SiO2.12WO3.nH2O | 淡黃色沉澱（4B.SiO2.12WO3.2H2O或3B.SiO2.12WO3.2H2O） |
氯化金（3%）試劑（Aunic Chloride） | HAuCl4 | 黃色沉澱（BHAuCl4） |
氯化鉑（10%）試劑（Platinic Chloride） | H2PtCl4 | 類白色沉澱（（BH）2PtCl4） |
磷鉬酸試劑（Somen Schein試劑） | H3PO4.12MoO3.H2O | 淡黃色沉澱（H3PO4.12MoO3.3B.2H2O） |
磷鎢酸試劑（Scheibler試劑） | H3PO4.12H2O | 淡黃色沉澱（H3PO4.12WO3.3B.2H2O） |
顯色反應
顯色劑 | 顯色反應 |
1%鉬酸鈉的濃硫酸液（Frohde試液） | 橙色 |
1%鉬酸胺的濃硫酸液（Mandelin試液） | 黃色 |
甲醛濃硫酸液（Marquis液） | 橙黃色 |
HNO3 | 黃色 |
磷鉬酸試劑 | 黃綠色 |
締合作用
咖啡鹼同兒茶素及其氧化產物在高溫時（100℃）各自呈游離狀態，但隨溫度的下降，它們通過-OH和＞C═O間的H鍵締合形成締合物。H鍵的締合作用，並不局限於單分子之間，可以擴大到幾十個、幾百個甚至更多，故隨締合度的不斷加大，締合物粒徑達10-7～10-150px，表現出膠體特性，使茶湯由清轉渾。粒徑繼續增大，會產生凝聚作用，出現“冷後渾”現象。
EGCG-Caffeine 絡合物分子模型
結構特點
茶葉生物鹼類化合物是以嘌呤環為基本骨架, 由於氧化及甲基化等生物代謝作用, 形成不同種類的嘌呤鹼是取決於嘌呤環上的甲基位置和個數的不同。已有很多研究確認這些化合物是在茶葉植物體內通過次黃嘌呤核苷酸轉變而成, 並在嘌呤鹼代謝途徑中可以相互轉化。
分類介紹
茶樹體內主要是嘌呤類生物鹼，也有少量嘧啶類生物鹼。在茶葉中發現的嘌呤鹼有8種，即咖啡鹼、可可鹼、茶葉鹼、腺嘌呤、鳥嘌呤、黃嘌呤、次黃嘌呤和擬黃嘌呤等，其結構特點系以嘌呤環為基本骨架，不同種類的嘌呤鹼取決於嘌呤環上甲基的位置和個數，它們在茶樹體內通過次黃嘌呤核苷酸轉變而來，並在嘌呤鹼代謝中相互轉化。嘧啶鹼有尿嘧啶、胸腺嘧啶和胞嘧啶3種，都存在於茶樹體內的 DNA 中。茶葉嘌呤生物鹼以咖啡鹼、可可鹼和茶葉鹼為主，咖啡鹼占乾質量2%～4%，可可鹼約 0.05%，茶葉鹼約 0.002%。
咖啡鹼
在茶葉中含量最多，化學式C8H10N4O2，是1827年在茶葉中檢出。是具有絹絲光澤的白色針狀結晶體，失去結晶水後成白色粉末。無臭，有苦味。
茶葉中咖啡鹼的含量一般在2%~4%左右，但隨茶樹的生長條件、品種來源，尤其與新梢芽葉的部位不同，會有較明顯的差異。一般大葉茶樹中咖啡鹼含量較高，在雲霧中火陰面山生長的鮮葉中，咖啡鹼含量較高。新梢不同部位的芽葉中咖啡鹼含量如下表：
不同部位的芽葉中咖啡鹼含量
葉位 | 芽 | 第一葉 | 第二葉 | 第三葉 | 第四葉 | 莖梗 |
咖啡鹼（%） | 3.89 | 3.71 | 3.29 | 2.68 | 2.28 | 1.68 |
此外，鮮茶葉的老嫩之間的差異也很大, 細嫩茶葉比粗老茶葉含量高，夏茶比春茶含量高。
咖啡鹼是茶葉重要的滋味物質，其與茶黃素以氫鍵締合後形成的複合物具有鮮爽味，因此，茶葉咖啡鹼含量也常被看作是影響茶葉質量的一個重要因素。
可可鹼
3,7-甲基黃嘌呤，為茶葉鹼的同分異構體，是咖啡鹼重要的合成前體。白色粉狀結晶，無臭，略有苦味，為茶葉苦味物質之一。熔點351℃, 但加溫至290~295℃時能升華。能溶於熱水，難溶於冷水、乙醇，幾乎不溶於苯，乙醚及氯仿。存在於茶樹各部位。茶葉中的含量一般為0.05%，4~5月含量最高，隨後逐漸下降。
茶葉鹼
1,3-甲基黃嘌呤，化學式C7H8N4O2。白色粉狀結晶，無臭，味苦，熔點272～274℃, 易溶於熱水，微溶於冷水、乙醇、氯仿，難溶於苯，可可鹼主要存在於可可中，在茶葉中的含量只是0.002%左右。對人體有利尿作用。
生物合成
關於生物鹼代謝途徑已有大量的報導，其中對咖啡鹼代謝的研究最為清楚，而可可鹼、茶葉鹼等其他嘌呤鹼是咖啡鹼代謝的中間產物。
合成原料
茶葉生物鹼生物合成的初始原料眾多, 除甘氨酸、谷醯胺、甲酸鹽、二氧化碳等可成為嘌呤環合成的直接原料外, 核苷酸代謝庫中的嘌呤也是茶葉生物鹼的主要合成原料之一。甲基轉移是甲基黃嘌呤類生物鹼合成中最為關鍵的步驟之一,茶葉生物鹼合成的甲基供體主要是來自於 S-腺苷甲硫氨酸(SAM), 其轉甲基活性主要是依賴於 N-甲基轉移酶的作用來實現的[18]。
黃嘌呤(xanthosine)是嘌呤生物鹼的最重要前體化合物，黃嘌呤在茶葉植物中的生物合成主要有四條途徑：(1) SAM 途徑：SAM → s- adenosyl-homocysteine → adenosine → adenine → AMP → IMP → XMP → xanthosine[19]。(2) AMP 途徑：細胞內 AMP 庫 → IMP → XMP → xanthosine。(3)全合成途徑：細胞內全新合成嘌呤→ IMP → XMP → xanthosine 。(4) GMP 途徑：GMP → guanosine → xanthosine 茶葉中黃嘌呤生物合成主要是通過第一條途徑, 包括一個腺苷(adenosine)激酶催化腺苷形成 AMP 的輔助途徑，而咖啡樹(Coffea arabica L.)中黃嘌呤生物合成主要是通過第二條途徑來完成的。
咖啡鹼
咖啡鹼合成路徑的主要信息是從咖啡樹和茶樹中獲得的。咖啡鹼的嘌呤環骨架來源於嘌呤核苷酸，Ashihara和 Suzuki在大量研究基礎上，將咖啡鹼的合成途徑分成兩個部分：核心途徑和供體途徑。
植物中咖啡鹼合成的核心途徑
植物中咖啡鹼合成的供體途徑
Ashihara 等人的研究結果確認茶組植物中的咖啡因合成代謝主要通過以下4 個關鍵步驟完成的：xanthosine → 7-methylxanthosine → 7-me- thylxanthine → theobromine → caffeine。咖啡因合成包括三次甲基化作用和一次核苷酸酶反應的過程，從黃嘌呤到 7-methylxanthosine 是合成咖啡因關鍵的第一步，這個合成反應是通過7-methylxanthosine 合成酶(xanthosine 7-N-methyl- transferase，EC 2.1.1.158)催化介導的，該酶在咖啡因合成過程中將SAM轉化為 SAH，這樣就為7-methylxanthosine 提供了所需要的甲基。咖啡因生物合成的第二步是核苷酸酶催化水解 7-methylxan- thosine, 此過程主要是由 N-甲基核苷酸合成酶(EC 3.2.2.25)來完成的，但最近的一些研究結果表明其甲基的轉移及核苷分離需要兩種 N-甲基轉移酶共同催化或者耦合才能完成。咖啡因生物合成最後兩部都涉及到催化依賴SAM 的N-甲基轉移酶作用，但卻有異於第一步的合成酶，第三步主要是可可鹼合成酶(CTS1及CaMXMT，EC 2.1.1.159) 將7- methylxanthine通過甲基化作用轉化為可可鹼，而1，7-dimethylxanthine 在植物中的含量卻很低，因此可以推測咖啡因的合成前體主要來自於可可鹼。咖啡因合成的最後一步是通過咖啡因合成酶(EC 2.1.1.160)的作用，結果將可可鹼轉化為咖啡因。咖啡因在植物中的生物合成除了上述的主要途徑外，Schulthess 等還在咖啡植物中提出了XMP可以通過甲基化合成7-methl-XMP，再脫磷酸化為7-methlxanthosine並進入咖啡因合成的第二步反應假設。Ogita 等的研究結果認為 1,7-dimethy- lxanthine 也是咖啡因合成的最直接的前體化合物之一, 其理由可能出自由 7-methylxanthine甲基為 1, 7-dimethylxanthine 的結果。
可可鹼
可可鹼作為茶、可可(Theobroma cacao L.)等植物中最為重要的生物鹼之一, 在茶組植物體內的生物合成主要通過以下三條途徑完成：(1) AMP → IMP → XMP → xanthosine → 7- me-thylxanthosine → 7-methylxanthine → theobro- mine, 起始原料為腺苷或腺嘌呤。(2) GMP → guanosine → xanthosine → 7-methylxanthosine → 7-methylxanthine → theobromine，起始原料為鳥苷或鳥嘌呤。(3) xanthine → 3-methylxanthine → theobromine, 起始原料為黃嘌呤或肌苷轉化而來的次黃嘌呤。另外, 極少量可可鹼來源於咖啡因脫甲基化的補充途徑。其中，在茶葉中只發現了第一、第二條合成途徑；第三條途徑在咖啡和可可的嫩葉中均有發現，此途徑也是可可鹼合成最主要的途徑。由於可可鹼在可可中轉化為咖啡因的速度相對較慢，而後者的分解代謝較快因此導致可可鹼的富積，由於茶葉中缺乏第三條途徑使得可可鹼含量降低。可可茶中可可鹼含量高的原因可能是由於該植物體內缺乏由可可鹼轉化為咖啡因合成過程中1-N-甲基轉移酶的參與，而僅存在可以催化7-methylxanthosine 轉化為可可鹼的酶。
茶鹼
茶組植物中茶鹼的生物合成途徑相對比較簡單，該化合物主要來源於咖啡因的分解代謝過程，也有一些研究結果認為茶鹼是部分來自於1-methylxanthine 和3-methylxanthine 的甲基化反應。
分解代謝
研究表明，植物中咖啡鹼降解的主要路徑為咖啡鹼→茶葉鹼→3-甲基黃嘌呤→黃嘌呤，黃嘌呤隨後進入傳統的嘌呤降解途徑，通過尿酸、尿囊素和尿囊酸最終分解為 NH3和 CO2。由咖啡鹼降解為茶葉鹼是整個降解過程的限速步驟，然而關於催化此步驟的去甲基酶的詳細信息還沒有報導。
咖啡鹼功能
生物鹼和兒茶素兩類化合物是茶葉中最主要的活性成分。現代科學研究結果證明，茶葉生物鹼對中樞神經系統、心血管系統、消化系統、呼吸系統、生殖系統、內分泌及代謝系統等方面的生理活性都有顯著的影響，但過量攝取咖啡因等茶葉生物鹼不僅容易引起心悸、震顫、胃腸生理功能失調、血壓升高等不良反應, 也可能表現出焦慮、失眠等中樞神經系統的臨床反應。
興奮作用
咖啡鹼是強有力的中樞神經興奮劑，能興奮神經中樞，尤其是大腦皮層。當血液中咖啡鹼濃度在5～6mg/L時，會使人精神振奮，注意力集中，大腦思維活動清晰，感覺敏銳，記憶力增強。古人稱之為“令人少眠”，“使人益思”。咖啡鹼的興奮作用會持續幾個小時。
睡前攝入咖啡鹼會使入眠時間推遲，推遲時間的長短與咖啡鹼的攝入量基本成正比。不過，由於個人對咖啡鹼的敏感度不同，咖啡鹼的興奮效果有很大的個人差異。而且茶中還有其他作用於大腦的成分，如茶氨酸與咖啡鹼有對抗作用，在一定程度上會降低咖啡鹼的興奮作用。
強心作用
咖啡鹼能促進冠狀動脈的擴張，增加心肌的收縮力，增加心血輸出量，改善血液循環，加快心跳，從而有利於顯著提高心臟病患者的心臟指數、脈搏指數、氧氣消耗和血液吸氧量，良好地輔助心絞痛和心肌梗塞患者的治療。對中樞性和末梢性血管系統及心臟有興奮作用和強心作用。
促消化液分泌
咖啡鹼能刺激胃液的分泌，使胃液持續增加，促進食物的消化。古人所說的“去滯化食”的主要功勞也應歸功於咖啡鹼。咖啡鹼可以通過對人體腸胃的刺激作用提高胃液的分泌量，同時也能夠刺激小腸分泌水分和鈉，從而增進食慾，促進消化。因此在飯後，適當喝些茶葉有利於幫助消化。
抗過敏、滅菌
咖啡鹼也和茶多酚一樣，能抑制肥大細胞釋放組胺等活性物質。咖啡鹼對即髮型和遲髮型過敏反應非常有效。
咖啡鹼本身有滅菌及病毒滅活功能。茶中咖啡鹼對大腸桿菌、傷寒及副傷寒桿菌、肺炎菌、流行性霍亂和痢疾原菌的發育，都有抑制功能，特別對牛痘、單純性皰疹、脊髓灰質炎病毒、B1 和 B2 型柯薩克腸道系病毒，11 型埃柯病毒的活性有抑制效果。
茶葉生物鹼
利尿作用
腎臟濾過的血液數量相當大，大部分由腎小管重新吸收回血液中，只有一小部分形成尿液經腎盂、輸尿管進入膀胱後排出。大多數腎臟疾病都表現出無尿、少尿的症狀，臨床上需要使用利尿劑，長期或大量使用利尿劑對血壓和人體其他器官又會造成損害。
咖啡鹼具有強大的利尿作用。其機理為舒張腎血管，使腎臟血流量增加，腎小球過濾速度增加，抑制腎小管的再吸收，從而促進尿的排泄。這能增強腎臟的功能，防治泌尿系統感染。與喝水相比，喝茶時排尿量要多1.5倍左右。
茶葉生物鹼
通過排尿，能促進許多代謝物和毒素的排泄其中包括酒精、鈉離子、氯離子等，因此咖啡鹼有排毒的效果，對肝臟起到保護作用。增進利尿，還有利於結石的排出。
抗肥胖作用
人體中有兩種脂肪細胞，一種是白色脂肪細胞，其作用為積蓄脂肪，儲備能量；另一種是褐色脂肪細胞，其作用為燃燒脂肪以產生熱量，維持體溫。容易發胖的人，一般體內褐色脂肪細胞少或功能不全，使脂肪消耗率降低，體內積蓄脂肪量增加；相反，不易發胖的人，一般體內褐色脂肪細胞較多，脂肪容易被消耗。
咖啡鹼能促進體內脂肪燃燒，使其轉化為能量，產生熱量以提高體溫，促進出汗等，其行為類似褐色脂肪細胞。
在運動前攝取咖啡鹼，能促進運動時的脂肪燃燒，提高體內脂肪的消耗率。動物試驗中，在小鼠飼料中添加約0.05%的咖啡鹼，發現小鼠的腹腔內、肝臟中的脂肪量明顯減少，體重也減輕。
影響呼吸
咖啡鹼通過調節血液中咖啡鹼含量影響呼吸率，刺激腦幹呼吸中心的敏感性，影響二氧化碳的釋放，已經被用作防止新生兒周期性呼吸停止的藥物。
解熱鎮痛
咖啡鹼對控制下視丘的體溫中樞調節有重要影響，醫藥上常將咖啡鹼與解熱鎮痛藥合併使用。中樞神經系統的抑制，興奮衰竭的呼吸中樞和血管運動中樞。
其他作用
咖啡鹼還具有抵抗酒精、菸鹼、嗎啡等毒害；弛緩平滑肌，消除支氣管和膽管的痙攣；控制下視丘的體溫中樞，調節體溫等作用。
相關比較
咖啡鹼對人體具有興奮作用，其藥理功能人們已熟知，它具有強心、利尿、提神等作用。對咖啡鹼安全性評價的綜合報告中的結論是：在人正常的飲用劑量下，咖啡鹼對人無致畸、致癌和致突變作用。茶鹼功能與咖啡鹼相似，興奮中樞神經系統較咖啡鹼弱，強化血管和強心作用、利尿作用、鬆弛平滑肌作用比咖啡鹼強。可可鹼的功能與咖啡鹼和茶鹼相似，興奮中樞神經的作用比前兩者都強；強心作用比茶鹼弱但比咖啡鹼強；利尿作用比前兩者都差，但持久性強。
提取方法
咖啡鹼是茶葉生物鹼的主要組成部分，由於在食品、醫藥行業的廣泛套用，其提取方法研究比較多。從茶葉中提取咖啡鹼的方法主要有溶劑萃取法、升華法、離子沉澱法、柱層析法、超音波提取法和超臨界萃取法等。
超臨界 CO2 萃取法
超臨界流體萃取技術（ Supercritical Fluid Extraction，SFE），是近 20 年發展起來的分離方法，具有對有機物溶解度大、傳質速率高、操作條件溫和等優點，由於 CO2的臨界值低，安全且方便，用超臨界 CO2流體作為萃取溶劑更顯優勢。超臨界CO2萃取法在茶葉深加工中的套用，始於脫除成品茶中的咖啡鹼。Vitzthum 和 Hubert 採用超臨界 CO2處理茶葉，使茶葉中咖啡鹼含量由原來的 3%降低到0.07%。用超臨界萃取技術分離提取茶葉中的咖啡鹼，再用CH2Cl2萃取分離，得到純度為 95.16%的咖啡鹼，萃取率和得率分別為 16.85%、0.55%。超臨界 CO2萃取工藝選擇性強、效率高、產品質量好、得率高，但生產成本較高，難以為生產廠家所接受，尚處於實驗室研究階段，可以通過綜合提取茶葉同時獲得茶多酚和咖啡鹼兩種藥用材料來降低成本。
吸附法
常用吸附劑有氧化鋁、硅藻土、活性碳或 XAD2 大孔吸附樹脂等。由於存在茶多酚污染樹脂導致再生較困難等未能解決的問題，離子交換樹脂分離茶葉中的咖啡鹼至今在實際生產中未能發揮作用。為了使洗脫劑能浸潤到樹脂內部並置換出咖啡鹼，常採用與水混溶的氨-乙醇或 NaOH-乙醇等洗脫劑洗脫部分水溶性雜質，還需要用有機溶劑萃取純化，工藝繁瑣重複。日本學者用 20 mL 烏龍茶汁通過填充有 30 g硅藻土的吸附柱，然後用 150 mL 二氯甲烷洗脫，可將柱中99.8%的咖啡因洗脫。活性碳常被用作咖啡鹼的捕集劑使用，在使用 CO2 氣提法脫除植物中的咖啡因時，常被用作吸附 CO2 中咖啡因的吸附劑。
升華法
利用咖啡鹼可在 235℃～238℃大量升華的性質設計出各種升華裝置來提取咖啡鹼。陳友仁等設計了新的咖啡因提取裝置，該裝置是一種直接從茶葉中升華製備咖啡鹼的方法。升華罐與冷凝罐直接連線，升華罐底部用遠紅外加熱爐加熱，冷卻分離罐由分離罐體、收集網、環形集水槽、水冷卻夾套進出水管、煙道和攪拌驅軸組成。該裝置不僅可以完成從茶中提取咖啡因的加熱升華，而且能直接將升華物冷卻，分離出咖啡因結晶，提取時間短，產量高，純度好。該裝置提高了咖啡因的提取率，避免了污染。Ramaswamy 採用靜電沉澱法回收粗咖啡鹼經濃縮、結晶純化得純咖啡因。毛小源對結晶箱進行了改進。利用升華法可以得到藥用級的咖啡鹼，但由於升華的咖啡鹼定向定位富集困難，收集時損耗較大，提取率也比較低，在生產中已漸漸被淘汰。
溶劑法
在咖啡鹼的生產中套用比較普遍，產品得率較之升華法來得高。這種方法常在茶多酚的工業生產工藝中配合使用。目前國內使用最廣泛的方法是有機溶劑萃取法。其方法主要有兩種：第一種是先用熱水抽體茶葉，再用氯仿等有機溶劑萃取，濃縮有機相，使咖啡鹼得以純化結晶。成錦遙等將茶葉放入浸提塔中加水蒸煮 2 h，通過沉澱池沉澱過濾、離心分離出提取液，進入清液池，蒸發濃縮至 40%～60%，並按 3∶1～6∶1 的比例加入氯仿或二氯甲烷，混合均勻後送入萃取塔中萃取，萃取液在 0℃～4℃下靜置 30 min～60 min,然後蒸餾、回收溶劑，罐中粗咖啡因取出後置≤100℃下恆溫 60 min～70 min,最後放入升華罐中升華，即得純咖啡因。第二種是加石灰水和鹼使茶葉變性，然後用氯仿等鹵代碳氫化合物提取，蒸去溶劑後用熱水抽提、純化、結晶獲得產品。上述這兩種方法具有簡便易操作、成本低廉、產量高等特點。但是由於二氯甲烷或三氯甲烷的使用與殘留而影響產品質量，同時如果用 MgO 或 CaO 等鹼水浸潤茶葉，有機溶劑不易進去，需要多次重複提取，不僅有機溶劑消耗大，效率也比較低。
微波輻射法
張燕瑜、林曼斌等利用微波輻射法提取茶葉中的咖啡鹼，在 250ml 錐形瓶中放入粉末狀乾茶樣 10.0g，加入一定量、一定配比的 98%乙醇和水的混合液，置於火力級設為“高”的微波爐中，輻射至一定時間後取出抽濾，濾液用水浴蒸除乙醇，殘餘液倒入蒸發皿加生石灰攪拌成漿狀，在蒸汽浴上蒸乾成粉狀，分 3 次裝入乾燥且潔淨的坩堝中用大火加熱，冷卻後進行提取[5]。該法操作簡便、節能省時、提取率高、產品純度高。
萃取升華綜合法
萃取法和升華法都存在著有待進一步提高和完善的環節，因此，煤炭科學合肥研究所吸取了二者的長處，將二者有機結合，開發了一種新工藝，該工藝重要流程為：茶葉→預處理→升華→雜質處理→升華→無水咖啡因。
其他製備方法
張效林等選用 PA 樹脂和 XDA 大孔吸附樹脂二級吸附法生產茶多酚和咖啡鹼，該法避免使用有毒溶劑，無外添加物質，工藝簡單易操作、耗能低、污染少、選擇性高等特點。周志等以中、低檔綠茶為原料，採用微波水提結合乙酸乙酯萃取套用於茶葉咖啡鹼的提取，該工藝短時、高效、無毒、產品純度高。
分析方法
茶葉中生物鹼的測定最早採用滴定法, 此法也是測定生物鹼的經典方法，1949 年 Fungairino L等報導了用重鉻酸鉀滴定測定茶葉、咖啡中的黃嘌呤鹼。1956 年 Fleischer G.等首次採用紙層析法, 分離鑑定了茶葉中咖啡鹼、可可鹼、茶鹼、anthine、3-甲基黃嘌呤、3, 8- 二甲基黃嘌呤和腺嘌呤。隨後國內外專家、學者在茶葉生物鹼( 主要是茶葉咖啡鹼、可可鹼和茶鹼) 的測定方法研究方面作了許多工作, 歸納起來茶葉中生物鹼的測定方法主要有：分光光度法、近紅外光譜法、薄層色譜法、液相色譜法、毛細管電泳法和質譜法等。
傳統分析技術
早在 1820年，人們已經從咖啡植物中獲取出了咖啡因，而後在1827年又從茶葉中發現了咖啡因。但早期對茶葉生物鹼使用的分析和檢測方法並不精確，主要採用稱量晶體或總生物鹼的重量分析法、測定氮元素含量的凱氏定氮法、通過與有機酸滴定反應的基礎上計算含量的滴定法以及簡單的光譜分析等方法。這些方法可使茶葉生物鹼與可能幹擾其測定的胺基酸、丹寧酸及其它碳水化合物等物質中初步分離出來。
現代分析技術
紫外可見分光光度法具有色散波長範圍寬、本低、操作簡單、樣品易於製備和保存等優點，可用於茶葉生物鹼的總生物鹼含量測定；但由於存在靈敏度低、樣品量大、解析度不高等缺點，對各種結構相近的嘌呤生物鹼分辨較為困難，因此單獨套用於茶葉生物鹼的檢測已越來越少。
隨著現代分析檢測技術的發展，對茶葉生物鹼的檢測主要採用高效液相色譜HPLC、薄層色譜TLC、氣像色譜 GC、毛細管電泳CE等色譜法。其中 HPLC 具有分離效能高、分離速度快等優點，作為生物鹼含量測定的通用方法，是茶葉生物鹼等活性成分測定中套用最為廣泛的方法之一，其中反向高效液相色譜法分離效果好，套用最多。TLC 是一種開放系統的色譜，受外界影響因素較多，可能有較大的實驗誤差，使得實驗的難度提高而且重現性較差，但其具有經濟、快速、操作簡單等優點，而且能較好地檢出個別植物中微量的甲基黃嘌呤類生物鹼。GC 具有分離時間短、經濟、分析成分多等優點，但卻有精密度和重現性相對較差等缺點，且在定性分析時需要已知樣品或數據的色譜峰進行對照，在定量分析時需要已知純樣品檢測後輸出的信號進行矯正，因此已經較少單獨用於茶葉生物鹼等成分的測定。CE具有分離效率高、分析速度快、試劑用量少和成本低等優點；早期CE在茶葉有效成分檢測中主要採用光檢測法，有報導利用電化學檢測器法，可以提高靈敏度，快速、簡便並可同時測定茶葉中各種成分的含量。
隨著色譜-質譜聯用等技術的迅速發展, 包括液相-質譜聯用、氣象-質譜聯用、毛細管電泳-質譜聯用、薄層色譜-質譜聯用等，尤其是前兩者的套用愈加廣泛，這類技術集色譜的分離能力和質譜的高靈敏、高專屬性於一體，成為分析檢測的重要工具，現開始廣泛套用於茶葉生物鹼的分析檢測中，使分析檢測的精密度和靈敏度都得到了很大程度的提高。
除了上述各種分析檢測技術外，螢光免疫測定、近紅外光譜法等也開始套用於茶葉生物鹼等化合物含量測定等領域。
工業套用
全球咖啡鹼年銷 1.2～1.3 萬 t，20%～25%用於工業，其餘大部分用於醫藥和食品。近些年來，合成品的毒副作用以及對環境污染愈加被重視，美國、日本等國家法律明文禁止“合成咖啡鹼不得加入食品飲料中”，從而為天然咖啡鹼的開發帶來無限商機。茶葉中咖啡鹼含量較多，占乾物重2%～4%，並且隨著科技進步與發展，提取技術也日臻成熟，可以進行工廠化生產。但是由於咖啡鹼是國務院頒布的《精神藥品管理辦法》規定第一類管制品種，主供出口，限制內銷。
食品、飲料行業
咖啡鹼的興奮作用及其爽口滿足人們的生理及口味的需求，使得一些含咖啡鹼的食物，如茶、咖啡、可可、朱古力、可樂容易盛行。
咖啡鹼可以明顯增添碳酸飲料諸如可樂型飲料的風味和提高人的精神活力，已被 160 多個國家準許在飲料中作為苦味劑使用，70%以上的飲料以 0.02%的濃度添入，很多國家的最大用量在 100g/kg～200mg/kg 中。並且在冰淇淋和一些食品中也有加入，大大刺激消費者的熱情。咖啡鹼將作為一種純天然的添加劑更廣泛地套用於食品、飲料的生產中。
醫藥行業
茶葉咖啡鹼在醫藥上多用作興奮劑、強心劑、利尿劑和麻醉劑，也被廣泛用於臨床上的鎮痛、止血領域。相對於茶多酚來說，對人體保健的抗癌防癌還有協同作用。早在第二次世界大戰時咖啡鹼就已被作為戰場上的止痛藥而得到套用，咖啡鹼也常與解熱鎮痛藥配伍以增強其鎮痛效果，與麥角胺合用來治療偏頭痛，與溴化物合用治療神經衰弱。由於其具有極強的舒張支氣管平滑肌的作用，在哮喘病的治療中已被用作一種支氣管擴張劑。國家將其列為二級毒品，生產銷售都要辦許可證，其在醫療上市場發展前景十分廣闊。
市面上有多種口服和外塗的減肥用品中添加有咖啡鹼，並有的已註明為從茶葉提取的咖啡鹼。
日用化工行業
廣州欣達生物科技有限公司，利用咖啡鹼脂肪的局部沉積的功能，開發減肥產品；利用其舒張血管，促進局部血液循環，改善代謝更新的功用開發緊膚、淡化黑眼圈、祛眼袋等系列產品，滿足了消費者（尤其是女性）的不同層次消費需求。
其他領域
咖啡鹼還可用於複印紙、攝影、繪圖、油漆等工業，是化工、建材的重要原料。
注意事項
一般咖啡鹼的攝取量在每千克體重4～6mg時，不會有不良反應，而且還有上述的生理作用。攝取量在每千克體重15～30mg以上，會出現噁心、嘔吐、頭痛、心跳加快等急性中毒的症狀。不過，這些症狀在6小時過後會逐漸消失。
劑量繼續加大，可引起頭痛、煩躁不安、過度興奮、抽搐。咖啡鹼的致死量大約為200mg/(kg體重)，這相當於喝茶200~300杯，或喝咖啡100~150杯。孕婦大量攝入咖啡可引起流產、早產以及新生兒的體重下降，故應慎用。
在動物和臨床試驗中都發現，過量攝入咖啡鹼會促進體內礦物質，如鈣、鎂、鈉的排泄。其結果會使骨質密度、重量下降，且變得容易骨折。因此，過量攝取咖啡鹼是引發骨質疏鬆症的原因之一。這個負效應在更年期後的婦女，尤其是平時鈣的攝人量較少的婦女身上較為明顯。
但茶葉中的咖啡鹼由於有茶多酚、茶氨酸等成分的協調作用，因此喝茶時的不良反應發生的可能性較輕、較緩和。喝茶與喝咖啡有明顯的區別。
