天然植物酸堿指示劑的制備及生活中的應用

＊張晶梅 楊喜月 楊哲 邢怡濤 李驍男 彭若雪

（河北科技師范學院化學工程學院 河北 066004）

花青素[1-2]，又稱花色素，是自然界中普遍存在的水溶性天然色素。它是多酚類的黃酮化合物，廣泛存在于水果、蔬菜中，因花青素的含量不同，呈現出不同的顏色[3]。此外，花青素有抗衰老、抗氧化、降血脂、降血糖等多種作用，為人們的生活帶來很多益處，深受研究者們的廣泛研究。目前，已經有研究人員從紅白菜、紫白菜和葡萄中提取花青素作為檢測食品新鮮度的指示劑[4]，在醫用、食品和化妝品領域也倍受親賴。

pH酸堿指示劑[5-6]分為合成指示劑和天然指示劑。常見的合成指示劑有甲基橙、溴百里酚藍、酚酞、剛果紅等，不同的指示劑有不同的變色范圍，大多數合成指示劑有一定的毒性，生產過程危害環境，而且在生活中也很難獲得。而天然pH酸堿指示劑是從植物中提取，某些植物中含有豐富的花青素，安全性高、環保、成本低，當環境pH改變，其發生顏色變化，普遍受到研究人員親賴。

隨著人們生活質量逐漸提高，對生活用品和環境也要求越來越高。物質的酸堿性與現實生產生活密切相關，比如：按照土壤的酸堿性[7]合理施肥，保證農作物健康生長。根據鮮花等植物對土壤酸堿性的需求，通過調節土壤酸堿性，培育出顏色不同的觀賞性植物，極具美感。結合本校服務三農的特色，吸引校內園林、園藝等相關專業同學的興趣，又可對當地農民進行科普宣傳[8]，具有極大的實用價值。健康的的皮膚是處于弱酸性環境中，經常涂抹肥皂或堿性化妝品，皮膚容易變得干燥，皮膚薄膜容易受到傷害，因此可以通過檢測所用護膚品的酸堿性挑選合適的用品；生活中胃酸的人，不能多吃酸性食物，可以用簡易的酸堿指示劑檢測下常吃的食物，合理挑選自己所需；結合區域特色，當地葡萄酒聞名，利用紅酒中花青素含量豐富的特點，常用酸堿物品進行紅酒真偽的鑒別，既可吸引校內釀酒專業同學的關注，又可引起人們的共鳴，從而達到科普宣傳的目的。

因此，如何檢驗物質的酸堿性至關重要。利用植物色素（花青素）的變色原理，探究天然植物酸堿指示劑的制備[9-11]及在生活中的應用，以自制的酸堿指示劑在校園內外進行科普宣傳，將天然植物酸堿指示劑與生產生活進行聯系，利用化學知識解決實際問題。

1.實驗原理、材料和方法

(1)實驗原理

①酸堿指示劑。酸堿指示劑是檢驗溶液酸堿性的常用化學試劑，由于其周圍環境酸堿性的變化，使顏色發生變化來指示溶液的酸堿性。酸堿指示劑通常指有機弱酸或弱堿，當溶液pH改變時，其電離程度發生變化，進而引起顏色變化。此外，中和反應時，酸堿指示劑只能滴加1～2滴，減少誤差。

②植物酸堿指示劑及其變色原理。花青素是構成花瓣和果實顏色的主要色素之一，屬黃酮類物質，自然界中大部分花朵、水果和蔬菜都因為含有豐富的花青素而顯現五彩繽紛的顏色。具有和石蕊類似的變色特性，花青素中含有共軛體系式共軛雙鍵結構，在酸堿溶液的作用下發生共軛結構改變而變色，當pH＜2時，黃酮離子使溶液呈現紅色AH+，隨著pH的增加，羥基發生質子轉移，在pH值為3～6時，溶液呈現無色或淡粉色B，隨著溶液pH變化共軛結構發生變化C，當pH＞7時，脫質子使溶液呈現藍色A，如圖1所示。

圖1 植物酸堿指示劑變色原理

(2)實驗材料

①實驗原料。桑葚、紫甘藍、藍莓、紫色洋蔥、草莓；沐浴露、洗手液、洗發露、洗面奶、肥皂、雪碧、小蘇打、醋、土壤、葡萄酒。

鹽酸（37%，國藥，AR）、氨水（國藥，AR）、醋酸（國藥，AR）、氫氧化鈉（國藥，AR）、乙醇（95%，國藥，AR）、蒸餾水（國藥，AR）、碳酸鈣（國藥，AR）。

②實驗儀器與設備。容量瓶（100mL）、試劑瓶、研缽、白色點滴板、塑膠滴管、燒杯（500mL）、燒杯（100mL）、玻璃棒、pH計及電極。

(3)實驗方法

①配置標準的pH1～14范圍的標準溶液。用1mol/L的HCl溶液、1mol/L的NaOH溶液、1mol/L的CH3COOH溶液和1mol/L的NH3·H2O溶液分別配置pH=0.13、pH=3.08、pH=5.06、pH=6.64、pH=9.02、pH=11.03、pH=13.97標準溶液，裝入試劑瓶中備用。

②制備植物酸堿指示劑。稱取一定量的紫甘藍、桑葚、藍莓、紫色洋蔥和草莓用清水浸泡洗凈，擦干后切成小塊，放入研缽中，將其搗碎，然后加入適量的95%乙醇和少許CaCO3粉末，再加入少量蒸餾水稀釋攪拌，浸泡30min，用潔凈的紗布包裹，擠出汁液，重復過濾3遍得到澄清的浸出液。分別裝在試劑瓶中做好標記。

③植物酸堿指示劑變色范圍的測試。在5個潔凈的白色點滴板中分別加入等量的配制好的pH=0.13、pH=3.08、pH=5.06、pH=6.64、pH=9.02、pH=11.03、pH=13.97標準溶液，以及蒸餾水空白對照組并做好標記，分別滴入等量的桑葚提取液、紫甘藍提取液、藍莓提取液、紫色洋蔥提取液和草莓浸出液。攪拌均勻等待觀察并記錄不同孔穴的顯色情況。最后得出結論。

(4)實驗結論

每種植物浸出液本身顏色不同，且在不同pH值的標準溶液中都有一定的顏色變化，實驗結果見表1。

表1 不同植物萃取液在不同pH值溶液中的顯色情況

實驗結果說明各花青素浸出液加入酸性或堿性溶液后都有顏色變化，在酸性條件下為粉色，堿性條件下為綠色或者黃色，與實驗室合成指示劑有相似的性質。選取顏色變化明顯的紫甘藍提取液作為實驗所需的天然指示劑，結果如圖2所示。

圖2 紫甘藍提取液在不同pH溶液中顯色反應

2.生活中的應用

(1)日常生活用品的酸堿性檢測

將沐浴露、洗手液、洗發露1、洗發露2、洗衣粉、洗面乳1、洗面乳2、洗面乳3、肥皂、小蘇打分別用蒸餾水配制成一定濃度的溶液，選取顏色變化明顯的紫甘藍提取液作為天然植物指示劑來進行科普實驗。分別取少量放在白色點滴板中，然后滴加等量紫甘藍植物酸堿指示劑，攪拌均勻觀察顏色變化，結果如圖3所示。

圖3 生活中常見物品在紫甘藍提取液中顏色變化

由上述圖片可以得出結論：肥皂水、洗衣粉、洗面乳1和洗面乳2以及小蘇打遇紫甘藍指示劑顯示綠色，說明其呈現堿性；洗面乳3、沐浴露、洗手液、洗發露1、洗發露2、雪碧和食用醋遇指示劑顯紅色或淡粉色呈現中性或酸性，洗面乳3接近中性。不同品牌的洗面奶酸堿度差別明顯。可見自制植物酸堿指示劑是可以滿足生活中常見用品的酸堿性檢測。

(2)植物酸堿指示劑檢測土壤酸堿性

土壤的酸堿性對農業生產具有重要作用，如：按照土壤的酸堿性合理施肥，保證農作物健康生長；決定某兩種農藥和化肥能不能混合使用時也需知道各自的酸堿度。分別采取校園兩塊不同土壤配成溶液，在白色點滴板中分別加入定量土壤溶液1和土壤溶液2，分別向兩孔中滴加等量紫甘藍指示劑，攪拌均勻，結果如圖4所示。

圖4 土樣1和土樣2的顏色變化情況

由圖4可見，同一個校園里不同環境的兩片土壤其酸堿性也有差別。

(3)鑒別花青素是否存在—檢驗葡萄酒的真假

葡萄酒，由葡萄果實或葡萄汁釀成，里面含有大量的花青素，其自身可以看作植物酸堿指示劑，所以可以利用生活中的白醋和小蘇打來鑒別。在白色點滴板中分別加入定量白醋溶液和小蘇打溶液，分別向兩孔中滴加紅酒，攪拌均勻，結果如圖5所示。

圖5 紅酒在白醋和小蘇打中的顏色變化情況

由5圖可以得出：紅酒遇白醋變為粉紅色，遇小蘇打變為墨綠色，顏色變化明顯。而市場上用酒精色素勾兌的假酒里面不含有花青素，則不會產生顏色變化。運用常見的生活用品，借助化學原理可以安全、簡捷的解決生活中的一些瑣事，既能解決實際問題，又可以增加生活趣味性。

3.結論

通過此實驗探究發現生活中的一些蔬菜和水果中含有大量花青素，天然水溶性的花青素安全環保、pH顯色范圍廣，可以制作成簡易天然酸堿指示劑來幫助人們檢測生活常見用品的酸堿性。此實驗的科普結合地方區域特點，與生產生活密切相關，極具現實意義。實驗用品來源于生活，綠色、安全、無污染。實驗過程簡單，現象明顯，不僅可以在生活中給人們增添不少生活樂趣，也容易產生共鳴。