咖啡因

一、化学结构与理化性质

咖啡因（caffeine）又称咖啡碱、咖啡精、茶素，化学名为1,3,7-三甲基黄嘌呤，分子式为C8H10N4O2，分子量为194.21，CAS号为58-08-2。

咖啡因的化学结构

咖啡因为白色粉末或针状结晶，熔点238℃，具有升华性（178℃）。1g咖啡因可溶于46ml水，5.5ml热水（80℃），1.5ml沸水，66ml乙醇，22ml热乙醇（60℃），50ml丙酮，5.5ml氯仿，530ml乙醚，100ml苯或22ml沸苯，有风化性，无嗅，味苦。极易溶于吡咯及含4%水的四氢呋喃。溶于乙酸乙酯，微溶于石油醚，易与酸形成盐。咖啡因的盐酸盐、硫酸盐、磷酸盐均易溶于水或醇，并分解成游离碱和酸。

二、主要来源与生产制备方法

主要来源  咖啡因存在于60多种植物，主要存在于咖啡豆和茶叶中，巧克力、可可籽、槟榔和可乐果也含有一定量的咖啡因。其他植物来源有冬青科植物枸骨的叶及树皮，山茶科植物茶的枝、皮、茎等。其中茶叶中含2%～4%的咖啡因，是医用咖啡因的重要来源。

生产制备方法  从茶叶等原料中提取咖啡因的方法主要有升华法、溶剂法、吸附法，常用的工艺流程包括原料（茶叶）蒸煮、过滤、加硫酸（硫酸：水为1:9）、除蛋白、浓缩、溶剂提取、洗涤、挥干、烘干，最后获得天然咖啡因。这些方法工艺简单、成本低、产品纯度高、安全性好。采用超临界CO2提取法从茶叶中提取咖啡因，可同时获得茶多酚，但生产成本高，不适合工业化。

除了从天然物质中提取外，咖啡因还可通过全合成和半合成方法获得。全合成方法有尿素法和二甲脲法，其中二甲脲法收率高、成本低、消耗少、周期短、设备要求不高、操作简便、容易控制，适合于工业生产。半合成方法包括由可可碱甲基化得到咖啡因和从鸟类粪素或尿酸中制备咖啡因。此外，在生产低咖啡因含量的咖啡时，可得到副产品咖啡因。

三、生理功能及作用

中枢神经系统兴奋剂  咖啡因对大脑皮层具有选择性兴奋作用[2]。小剂量能增强大脑皮层兴奋过程、改善思维活动、振奋精神、消除瞌睡疲乏，使动作敏捷、工作效率增加。大剂量能直接兴奋延脑呼吸中枢及血管运动中枢，使呼吸加快加深且血压升高，有一定的利尿作用。

其他  咖啡因还具有刺激胃酸分泌、增加血葡萄糖和游离脂肪酸的作用[3]。

四、安全性研究

人群资料  预测咖啡因的人体经口LD50为192mg/kg，即对普通成年人来说72杯咖啡就能导致半数人死亡[4]。

代谢情况  咖啡因吸收迅速，1h内到达全身，包括中枢神经系统、唾液和乳汁。血浆半衰期为3～4h，在体内不蓄积。在体内经肝代谢，代谢产物以甲基黄嘌呤衍生物的形式主要经肾排出，少部分经肠道排出。

急性毒性  咖啡因经口染毒LD50分别为雄性小鼠127mg/kg，雌性小鼠137mg/kg；雄性大鼠355mg/kg，雌性大鼠247mg/kg；雄兔246mg/kg，雌兔224mg/kg[2]。

遗传毒性  未查见相关文献资料。

亚慢性毒性  未查见相关文献资料。

慢性毒性与致癌性  过量摄入咖啡因可导致中毒，表现为烦躁、紧张、刺激感、失眠、面红、多尿和消化道不适。部分人群在每日服用250mg以下咖啡因时就会有这些症状。每日多于1g可导致痉挛、思想和语言突然转换、心跳不稳、心动过速和精神运动性激越。吸入、吞咽及皮肤吸收均可能致命。长时间饮用咖啡因可产生依赖性，表现为停止摄入咖啡因时，血压会过度降低，导致头疼和其他症状。

生殖与发育毒性  未查见相关文献资料。

其他  未查见相关文献资料。

五、常见使用方法与调查/推荐摄入量

常见使用方法

食品  咖啡因作为食品添加剂（兴奋剂、苦味剂、香料）用于咖啡、可乐、茶和巧克力等食品。不同食品的咖啡因含量水平不同[7]，咖啡为400mg/kg，茶为200～400mg/kg。

保健食品  用于保健食品，作为能量补充剂，剂型有胶囊或片剂。

其他  作为药品，片剂通常每片含咖啡因100～200mg，遵医嘱使用。

调查/推荐摄入量

调查摄入量  欧盟评估的咖啡因的人均摄入量为90μg/d。

推荐摄入量  加拿大健康与福利署（Health and Welfare，Canada）推荐儿童的咖啡因使用量最高剂量4～6岁为45mg/d，7～9岁为62.5mg/d，10～12岁为85mg/d，计划怀孕、孕期和哺乳期女性为300mg/d[5]。

六、国际组织和各国政府评价、批准、认可情况

中国  我国GB2760规定咖啡因可用于可乐饮料，最大使用量为150mg/kg。按照中华人民共和国轻工行业茶饮料标准（QB2499-20000）要求，每升茶汤饮料咖啡因含量，浓茶型的要不少于90mg，淡茶型的要不少于60mg。碳酸型调味茶咖啡因含量要不少于2mg。（GB 14758-1993食品添加剂咖啡因，QB 2079-1995食品添加剂 天然咖啡因）批准咖啡因应用于原料药和药品，如咖啡因、氨基比林咖啡因片等。

美国  1958年，咖啡因首次被FDA列入“GRAS”名单。1994年美国FDA再次确定咖啡因为“GRAS”物质，认为“并未发现任何证据显示饮用含咖啡因的碳酸饮料会危害健康”。规定可乐饮料中咖啡因加入量不大于200mg/L。2001年版《FDA食品法规》，对咖啡因“GRAS”的安全评价未变。可以添加于可乐类饮料中，添加量为0.02%。CFR182.1180，可以作为膳食补充剂。

欧盟  2002/67/EC规定咖啡因可用于可乐饮料的最大使用量为150mg/kg，并应在标签上说明“高咖啡因含量”。

澳/新  澳大利亚规定咖啡因在可乐类饮料含量为145mg/L。新西兰的食品法规（Food Regulations）规定新西兰软饮料中的咖啡因最高添加量为200mg/L[5]。

其他  食品咨询委员会规定含咖啡因含量高于125mg/L的软饮料应标识出具体含量[9]。食品法典委员会（CAC）未对咖啡因进行规定[7]。

七、注意事项和禁忌

不适宜人群  儿童孕妇慎服。

禁忌  未查见相关文献资料。

与药物相互作用  咖啡因能够提高头痛药物的药效，并能加快某些药品的吸收、缩短起效时间。

其他  使用含咖啡因的药品时，可能出现失眠等过度兴奋现象，当摄入1g（按15mg/kg计算）或更多咖啡因后，血浆药物浓度达到0.03mg/ml时，可发生呕吐、烦躁不安、耳鸣、眼花，并出现盲点或闪烁光、惊厥等不良反应，还可出现心动过速等。小剂量能振奋精神、消除困意疲乏、增加工作效率。成人每日摄入中等剂量的咖啡因（200～300mg，约3杯咖啡）是安全的，尚未发现此剂量对孕妇有任何不良反应[9]。

我国GB2760规定咖啡因可用于可乐饮料，可应用于保健食品和药品。美国FDA将其列入GRAS的名单，欧盟规定咖啡因可用于可乐类饮料。