一、红茶初制中的物理变化
红茶初制中的物理变化集中表现为重量减轻、叶形缩小和叶色红变。叶色红变的本质是化学变化。叶形缩小和重量减轻有干物质和水分的减少，但主要是水分的蒸发。
（一）水分量变化与茶叶品质的关系
鲜叶一般含水量为75%左右，到制成毛茶含水量降到4%—6%。在初制全过程中，随着工序的进展，水分变化呈现一种递减律。一般萎凋散失原含水量的40%—50%，揉捻中失水约为2%—5%，“发酵”叶含水量以50%—55%为宜，干燥中毛火叶含水18%—25%，最后足火达到足干。
从萎凋到“发酵”，水分的逐步减少，可产生三个作用。
其一，水分减少，提高了各化学成分的浓度，使得单位体积汁液内分子个数增加，单位时间内分子之间有效碰撞次数加多，化学反应速度加快；
其二，由于水分减少，酶由结合态转化为游离态，催化活性得以增强，使化学反应加快；
其三，水分逐渐减少，使各化学成分较能发生全面有益的变化，形成好的茶品质。
在萎凋过程中，在恒温恒湿条件下，水分蒸发存在“先快后慢”的规律。
萎凋的第一阶段，散失占鲜叶总重量15%—20%的游离水（或自由水），速度较快；
第二阶段散失束缚水（或结合水），这阶段因叶细胞原生质胶体的亲水性强，阻挠水分散失，速度较慢。
鲜叶失水速度受内部和外部两方面因素的影响。内部因素是指鲜叶的组织构造和叶质的老嫩，外部因素主要是指湿度、温度、光照和风力等。从外部因素看，湿度小，温度高，风力大，失水快；反之，失水慢。就失水量而言是先多后少，如50kg鲜叶经18h自然萎凋，共失水17.5kg，则前6h失水12.5kg，占总失水量的71.4%，后12h失水5kg，占28.6%。
因此，萎凋温度应先高后低，风力先大后小。从叶片的组织构造角度看，萎凋失水有气孔蒸发、角质层蒸发、皮孔蒸发三条途径。其中气孔蒸发量最大，一般占总蒸发量的90%，皮孔蒸发量很小。但是，嫩叶特别是发育不完全的嫩叶，通过角质层散失的水分比老叶多，几乎占总失水量的一半。叶片的气孔分布，尖端多，基部少；靠近叶脉部位多，边缘少；位于茎上端的叶子多，下面叶子少，嫩叶角质层薄，失水快；老叶角质层厚，失水慢。因此，萎凋中一定要适应先快后慢的失水规律，控制好外部因素，并严格将不同级别、不同老嫩度的鲜叶分开，摊匀萎凋，使其程度均匀一致，防止焦颠枯叶。
揉捻（切）、“发酵”中，为了保证内含物质的适宜浓度，要减少水分的散失，故应采用撒水、喷雾等措施保湿。这既有利于揉捻成条，又有利于酶促氧化作用的进行。
干燥过程中，失失也有先快后慢的变化规律。因为在整个干燥过程中，先是蒸发茶叶表层水，后蒸发里层水，特别是嫩茎里的水分，还要经茎、脉输导组织转运到叶片，通过表层才能蒸发。所以，红茶干燥一般分为毛火和足火两次干燥，中间经过摊凉。毛火阶段是蒸发表层水，因此要采用“高温快烘”使水分大量散失，迅速破坏酶的活性，停止多酚类的酶促氧化。摊凉过程使茎梗里层的水分转移，重新在叶内均匀分布后，再通过足火采用“低温长烘”，避免外干内湿，甚至内湿外焦现象发生，达到足干的要求，这样不但有益于发展香气，而且耐贮藏，冲泡时叶底也容易“开张”。
（二）叶片的物理变化与茶叶品质的关系
由于鲜叶的叶片细胞内和细胞间隙充满水分，组织张力很大，叶片肿胀，经萎凋随水分蒸发，叶面积逐渐缩小，体积收缩。但不同茶叶，叶面积缩小的程度不同。通常嫩叶比老叶收缩比例大；同一芽叶叶面积缩小的比例随叶位的下降而减少，据测定同一个芽叶经12h萎凋后，从第一叶到第三叶的叶面积分别为萎凋前的32%、42%和72%。这对于选择揉捻机型有一定指导作用。
叶片失水，细胞失水膨压，呈松驰皱缩状态，细胞膜的韧性增大而富有韧性，这样就便于经过揉捻作用，做成紧细的条索。
二、红茶初制中的化学变化
红茶初制的各道工序都蕴含着深刻的化学变化。特别是“发酵”过程，化学变化机制极为复杂。
（一）酶类变化与红茶品质的关系
鲜叶中酶类很多，而与茶叶品质形成关系最大的是水解酶类和氧化还原酶类。水解酶类主要是糖类、蛋白质水解酶，氧化酶类主要是以铜为辅基的多酚氧化酶。在红茶初制中，从萎凋开始到“发酵”，酶的活性是逐渐增强的。
在逐步失水的萎凋过程中，叶细胞内各种酶系的代谢方向，强烈地趋向于水解，各种水解酶类活性提高，同样，萎凋中氧化酶的活性也明显提高。萎凋之所以能使酶的活性提高，是因为在一定温度条件下，萎凋叶逐步失水，使得叶细胞汁向酸性转化，PH值降低到最适宜于酶活动的范围。研究表明，鲜叶细胞汁的PH值近中性反应，但经过萎凋，一般降低到5.1—6.0之间。鲜叶中酶的最适PH值均偏酸性，如淀粉酶为5.0—5.4，蛋白酶为4.0—5.5，多酚氧化酶为5.0—5.5，过氧化物酶为6.9—7.0，过氧化氢酶为6.5，抗坏血酸酶为6.6。
萎凋中酶的活性变化，既与萎凋过程有关，又受温度影响。在同一温度条件下，以及一定时限范围内，萎凋时间延长，酶的活性提高；在一定限度的不同温度条件下，萎凋温度越高，酶的活性提高越快。测定表明，在18.0—25.5℃条件下，鲜叶自然萎凋9h，多酚氧化酶活性开始大幅度上升，24h达到鲜叶活性的2倍以上。
酶活性提高，能促进糖、蛋白质等各类化合物向水溶性转化，使可溶性物质增加，有益于红茶品质的形成。
萎凋叶经揉捻，机械作用使叶细胞的内部组织受到损伤，酶的定位和协调作用受扰乱；大量的多酚类从细胞液中流出，与原生质混合。多酚类是蛋白质的天然沉淀剂，易使许多酚类的蛋白南发生凝固，使酶活性下降 或丧失。但是，由于多酚类是多酚氧化酶的作用基质。因此，多酚氧化酶在自己的基质中不仅变性较慢，并且在新的条件下，反而转化为起主导作用的酶。多酚类的酶促氧化及其后继的聚合、缩合作用，以及由此引起的一系列反应，便成为揉捻（切）和“发酵”过程物质变化的主流。这个由萎凋以水解为主导而揉捻开始以后以氧化作用为主导的物质变化主流的转化，决定着红茶品质特点的形成。
揉捻叶中多酚氧化酶的活性比萎凋叶略有提高，但“发酵”过程活性逐步下降，主要是因一部分酶与氧化了的多酚类化合物结合成不溶性复合物，使酶丧失了催化机能；其次，因“发酵”过程中有机酸增加，引起PH值进一步降低，使多酚氧化酶失去最适的PH值条件；再者，“发酵”中多酚类因氧化缩合而减少，降低了多酚氧化酶催化反应的基质浓度，从而活性下降。
（二）多酚类变化与红茶品质的关系
红茶初制过程中，多酚类总量减少。儿茶素是多酚类的主体，多酚类的变化，主要是儿茶素类。在儿茶素的组成中，L-EGCG和L-EGC含量下降幅度最大，其次是L-ECG，其他儿茶素变化量较少。这种量变化从萎凋过程就已开始。
从揉捻（切）一开始，叶细胞损伤，多酚类随茶汁流出，酶促反应速度快，到“发酵”结束，多酚类减少量更多，而且茶黄素、茶红素检出量也较高。
随着“发酵”时间的延长，多酚类总量、各儿茶素、水溶性多酚类、茶黄素减少量增多；茶红素、水不溶性多酚类含量增加，TR/TF值增大。因此，控制揉捻（切）、“发酵”时间对红茶品质形成有很大意义。
儿茶素氧化的次级产物有茶黄素类（TF）、茶红素类（TR），以它们为主体构成红茶“红汤红叶”的品质。
揉捻一开始，叶细胞损伤，茶汁与酶混合，L-表没食儿茶素及其没食子酸酯，在多酚氧化酶的催化下，与空气中的氧发生反应，生成邻醌。
在上列反应中，邻醌Ⅰ可命名为3’，4’-二氧没食子儿茶醌；邻醌Ⅱ可命名为3’，4’-二氧没食子儿茶醌没食子酸酯。该反应进行的同时，其他儿茶素也都能被酶促氧化而生成多种邻醌。邻醌类物质一般呈黄色，但是它们极不稳定，分子结构中的羰基（＞C＝O），能被蛋白南或谷胱甘肽的游离氨基（—NH2）、巯基（—SH）还原，形成蛋白质儿茶素，或谷胱甘肽儿茶素化合物，冲泡时仍含在叶底内，构成叶底红色。同时还能氧化其他物质，形成红茶品质，如破坏叶绿素、花青素等，使绿叶变色，苦涩味降低；若与氨基酸结合，发展茶叶香气等。b’-氨基-L-表没食子儿茶素使红茶具有水果香气，而且汤色也变得红色。
醌类还能被葡萄糖、维生素C还原，重新形成儿茶素。
但是，在“发酵”过程中，由于邻醌类物质的积累，还原性物质的消耗，易发生二聚合用用，生成三种中间产物——联苯酚醌类（又称二酚醌类）。
联苯酚类化合物不稳定，能进一步发生变化。但有还原和继续氧化两条歧路。其还原途径是以儿茶素为递氢体，将一部分联苯酚醌类还原成三种双黄烷醇，称为物质A、B、C。
双黄烷醇无色，溶于水，具有一定的鲜味，含量一般占茶叶干重的1%—2%，是构成茶汤的鲜度、强度和浓度的综合因素之一。
在一部分联苯酚醌被还原成双黄烷醇的同时，一部分联苯酚醌则进一步氧化，缩合成茶黄素类（简称TF）。到目前为止，根据实验研究，TF的形成过程中：设想在一个联苯酚醌中间产物中的一个能被水解的没食子酰基，脱下后再经脱羧，跟连苯三酚邻醌基进行氧化缩合，形成一个苯骈草酚酮结构核。
茶黄素的水溶液呈橙黄色，含量一般为0.3%—1.5%，高可达1.7%以上，它们是红茶茶汤的主要黄色色素。滋味鲜爽，具有强烈的收敛性。
茶黄素进一步转化，产物为茶红素（简称TR）。其转化过程，较多的看法是：在有载体D,L-C,L-EC和L-ECG的邻醌存在时，首先分子中连接在苯骈 酚酮基的连苯三酚核被氧化成邻醌，随后该醌型环被打开，并断脱一个羰基（形成CO2），再经一定的结构变化而形成茶红素。
茶红素色棕红，显酸性，刺激性和收敛性较茶黄素弱，含量一般为干物质总量的5%—11%，大部分呈可溶性游离状态，冲泡时进入茶汤，使红茶汤色红浓；一部分与蛋白质结合，形成不溶于水的棕红色物质，留在叶底内，使红茶叶底棕红。
但是，茶红素能进一步氧化成茶褐素（简称TB）。它能溶于水，呈暗褐色，因此冲泡时进入茶汤，使汤色变暗；同时，茶褐素能与蛋白质结合而含在叶底内，使叶底色暗。茶红素还可与其他化合物发生聚合、缩合，形成结构更复杂的暗褐色复合物，对茶汤、叶底均有不利影响。黄酮类物质色黄，氧化产物橙黄以到棕红，这对红茶汤色、滋味有一定影响。而黄酮醇类和间双没食子酸变化较小。
（三）芳香物质变化与红茶品质的关系
红茶中芳香物质种类繁多，包括醇类、醛类、酮类、酸类、酯类、内酯类、酚等，含量为0.03%左右。在红茶初制中，芳香物质有量变和质变两方面，量变是质变的表象、质变是量变的内涵。
鲜叶具有较强烈的青草气，经过萎凋后，却略显清香，这就是芳香物质变化的结果。“发酵”中几乎所有芳香物含量都有增加，其中如1-戊烯-3-醇、顺-2-戊烯醇、苯甲醇、苯乙醇、反-2-己烯醛、正己酸、顺-3-己烯酸和水杨酸等，含量显著增加。特别是反-2-己烯醛比萎凋叶增加12.2倍。但正己醇、顺-3-己烯醇和水杨酸甲酯等含量则有所下降。
在干燥过程中，醇类、羰基类和酚类芳香物都发生显著损失。
但是，在高温湿热条件下，有如糖及与氨基酸等一些有机化合物产生热化反应或分解，形成一定的香气成分，这对决定红茶香气特征具有重要意义。
芳香物质的质变反应是多种多样的，常见的有氧化—还原、化合、分解、酯化、异构化、脱氨、脱羧等。如芳香醇、萜烯醇、脂肪醇均可氧化形成酸，使茶叶显出清香。以正己醇、正己酸为例来说明氧化作用。在红茶初制中正己醇量鲜叶为2.2%，萎凋叶6.1%，发酵叶5.9%，毛茶2.4%，而正己酸鲜叶含量为4.3%，萎凋叶13.2%，发酵叶15.5%，毛茶中20.7%，这一增一减，说明它们因氧化作用发生了相对含量变化。
类胡萝卜素等伴随儿茶素的氧化用用，或干燥时热的作用，能部分地转化形成红茶香气。如α-胡萝卜素可降解成1分子β-紫萝酮和1分子α-紫萝酮和2分子二烯醇。β-紫萝酮有紫萝兰香。
芳香物质异构化，使红茶香气提高。如顺-3-己烯醇能异构化成反-3-己烯醇，前者具有青臭气，后者清香。
在1kg鲜叶中含有顺-3-己烯醇10—15mm，而没有发现反-3-己烯醇，但红茶中却被检出。
据测定，高级脂肪酸可转化成醛，羟酸脱水而成内酯，均对红茶的香气有极大作用。
（四）糖类变化与红茶品质的关系
茶叶中的糖有单糖、双糖和多糖。单糖、双糖种类很多，属可溶性糖；多糖主要是淀粉、果胶物质、纤维素等。
在萎凋至“发酵”中，淀粉因酶的催化，发生水解其量减少，产物为可溶性糖。但可溶性糖同时又在被氧化而消耗，含量只略有增加（干燥中因水热的作用，一些可溶性糖可与氨基酸作用，生成色泽悦目及具有花香的物质，使滋味甜醇爽口，香气芬芳。同时足火“低温长烘”，可形成近似“蜜糖”的香味。
茶叶中的果胶物质是具有糖类性质的高分子物质，属杂多糖，它包括原果胶、果胶素和果胶酸。果胶素和果胶酸均能溶于水，总称为水溶性果胶物质。原果胶不溶于水，但在稀酸作用下，加水分解，可形成水化果胶；在果胶酶催化下先水化为果胶素，再水化为果胶酸。在萎凋中，因果胶酶的催化，原果胶发生水解，转化成可溶性果胶物质，使原果胶减少，可溶性果胶增加。同时，可溶性果胶可转化为半乳糖、阿拉伯糖等，从而使果胶物质总量也下降。
在揉捻“发酵”过程中，水溶性果胶急剧减少。原因有两个方面：其一是因“发酵”作用，茶汁PH值降低，果胶物质在酸性环境中发生凝固，不能再溶于水中；其二是在揉捻和“发酵”中，因酶的催化，果胶素分子中的甲醇基被游离出来，形成果胶酸，而果胶酸与钙离子结合形成果胶酸盐沉淀。干燥过程水溶性果胶继续减少，这是因为在热力作用下，产生部分分解的缘固，同时水不溶性原果胶也停止增加。
果胶物质是富有粘稠性的物质。鲜叶经过萎凋，提高了水溶性果胶含量，使叶组织柔软性和叶汁的粘稠性增强，有利于揉捻成紧结条索，或揉切成圆结颗粒，色泽油润。而且果胶物质能使茶汤滋味甘甜。
（五）蛋白质、氨基酸变化与红茶品质的关系
蛋白质、氨基酸在红茶初制中，变化深刻，对红茶品质关系大。据安徽农学院测定，鲜叶蛋白质含量为17.87%（干物重），在祁红初制各工序中，各号茶的总量均呈减少趋势蛋白质含量减少的原因，概括起来有三个方面，第一，因从鲜叶摊放，经萎凋到“发酵”开始，蛋白质水解酶活性逐渐增强，促进蛋白质水解成了氨基酸。第二，儿茶素及其氧化产物，均能与蛋白质结合，生成不溶于水的物质。儿茶素的酚羟基能与蛋白质的游离氨基结合，生成儿茶素蛋白质复合物，可使茶味醇厚。
儿茶素的初级氧化产物邻醌可与蛋白质的游离氨基或还原性巯基作用，生成不溶于水的蛋白质儿茶素
儿茶素的次级氧化产物茶红素的羧基也能与蛋白质的游离氨基结合，形成不溶于水的红色物质，构成叶底红色。
在干燥过程中，因高温水热作用，蛋白质还能发生热裂解。这是使蛋白质总量在红茶初制中减少的第三个原因。
氨基酸含量在萎凋阶段有明显增加，但其后各工序都逐步减少。
萎凋叶氨基酸含量增加，是因为蛋白质被酶水解的缘故。在以后各工序递减的化学本质，一是因为“发酵”、干燥作用，水解酶的活性渐减甚至完全破坏，使得蛋白质水解成氨基酸的作用减弱，以至停止；二是氨基酸转化成其它物质。在“发酵”过程中，它以氨基或巯基与儿茶素初级氧化产物邻醌结合，形成有色或有香味物质，对红茶汤色和滋味均有良好作用。同时，氨基酸的脱氢酶的催化下，经过脱氢、加水、脱氨、脱羧4步反应，形成醛类物质，使茶具有花香。
在红茶干燥工序中的高温作用下，氨基酸参与非酸性褐色反应，使成品茶色泽乌润；同时，氨基酸与糖发生作用，生成色泽悦目及具有花香的物质，能改进红茶色泽，增进香味。
（六）叶绿素变化与红茶品质的关系
红茶“红汤红叶”品质特征的形成与叶绿素的破坏也有很大关系。在红茶初制过程中，叶绿素破坏，一是由于叶绿素酶催化发生水解，二是在酸性或水热条件下，产生脱镁或热酯解。
在萎凋过程中，由于失水使酶活性增强，加之叶绿素从蛋白质的结合状态中分离出来，水解作用增强，叶绿素含量出现了明显减少。综合测定资料，鲜叶经萎凋，叶绿素相对含量减少15%—29.6%。但减少量因萎凋方式不同有差异，据测定，1kg鲜叶干物质含叶绿素8.1g，人工萎凋叶含6.8g，自然萎凋叶含4.8g。
揉捻和“发酵”过程，由多酚类的氧化还原作用，使叶汁的PH值降低，促进叶绿素脱镁而破坏，含量下降并产生黑色或褐色物质。
干燥过程中，由于脱镁和热酯解作用，使叶绿素继续消减。
叶绿素破坏，对红茶干茶色泽、汤色和叶底均有良好作用。假若破坏不足或不匀，会出现“乌条”或花青现象。