Привычную темно-коричневую окраску черному чаю придают теарубигины - многочисленный класс слабых органических кислот, в котором выделяют до 10 тысяч индивидуальных веществ. В кристаллическом виде теарубигины бесцветны, однако в водной среде происходит отрыв иона водорода от массивной молекулы теарубигина и этот органический ион начинает поглощать оптическое излучение в сине-зеленой части спектра, придавая раствору темно-бурый цвет.
Если же добавить в водный раствор теарубигинов более сильную кислоту, то она сдвинет водородный показатель рН в кислотную сторону, что затруднит диссоциацию молекул теарубигинов. Т.е. под действием кислот пигменты чёрного чая не разрушаются - просто они не имеют возможности проявить свою оптическую активность. Добавляя в чай лимон, вы насыщаете раствор ловольно слабой лимонной кислотой, но и она оказывается сильнее теарубигинов. Если использовать кислоту посильнее (например, муравьиную, уксусную, а то и вовсе соляную с серной), то эффект проявится сильнее - хватит одной капли, чтобы обесцветить чашку чая.
Кстати, есть и обратный процесс. Если добавить в чай щелочь, это ускорит диссоциацию молекул теарубигинов - интенсивность окраски чая возрастет. Это свойство активно использовали в прежние времена, особенно в СССР: если спитую чайную заварку заварить ещё раз и добавить чайной соды, то из блеклого оттенок раствора станет почти как у настоящего чая, вкуса, ясное дело, при этом не будет никакого, но цвет появится. Такое часто проделывали советские проводники в поездах, воруя дефицитную тогда заварку.