天然植物酸碱指示剂的制备及生活中的应用

＊张晶梅 杨喜月 杨哲 邢怡涛 李骁男 彭若雪

（河北科技师范学院化学工程学院 河北 066004）

花青素[1-2]，又称花色素，是自然界中普遍存在的水溶性天然色素。它是多酚类的黄酮化合物，广泛存在于水果、蔬菜中，因花青素的含量不同，呈现出不同的颜色[3]。此外，花青素有抗衰老、抗氧化、降血脂、降血糖等多种作用，为人们的生活带来很多益处，深受研究者们的广泛研究。目前，已经有研究人员从红白菜、紫白菜和葡萄中提取花青素作为检测食品新鲜度的指示剂[4]，在医用、食品和化妆品领域也倍受亲赖。

pH酸碱指示剂[5-6]分为合成指示剂和天然指示剂。常见的合成指示剂有甲基橙、溴百里酚蓝、酚酞、刚果红等，不同的指示剂有不同的变色范围，大多数合成指示剂有一定的毒性，生产过程危害环境，而且在生活中也很难获得。而天然pH酸碱指示剂是从植物中提取，某些植物中含有丰富的花青素，安全性高、环保、成本低，当环境pH改变，其发生颜色变化，普遍受到研究人员亲赖。

随着人们生活质量逐渐提高，对生活用品和环境也要求越来越高。物质的酸碱性与现实生产生活密切相关，比如：按照土壤的酸碱性[7]合理施肥，保证农作物健康生长。根据鲜花等植物对土壤酸碱性的需求，通过调节土壤酸碱性，培育出颜色不同的观赏性植物，极具美感。结合本校服务三农的特色，吸引校内园林、园艺等相关专业同学的兴趣，又可对当地农民进行科普宣传[8]，具有极大的实用价值。健康的的皮肤是处于弱酸性环境中，经常涂抹肥皂或碱性化妆品，皮肤容易变得干燥，皮肤薄膜容易受到伤害，因此可以通过检测所用护肤品的酸碱性挑选合适的用品；生活中胃酸的人，不能多吃酸性食物，可以用简易的酸碱指示剂检测下常吃的食物，合理挑选自己所需；结合区域特色，当地葡萄酒闻名，利用红酒中花青素含量丰富的特点，常用酸碱物品进行红酒真伪的鉴别，既可吸引校内酿酒专业同学的关注，又可引起人们的共鸣，从而达到科普宣传的目的。

因此，如何检验物质的酸碱性至关重要。利用植物色素（花青素）的变色原理，探究天然植物酸碱指示剂的制备[9-11]及在生活中的应用，以自制的酸碱指示剂在校园内外进行科普宣传，将天然植物酸碱指示剂与生产生活进行联系，利用化学知识解决实际问题。

1.实验原理、材料和方法

(1)实验原理

①酸碱指示剂。酸碱指示剂是检验溶液酸碱性的常用化学试剂，由于其周围环境酸碱性的变化，使颜色发生变化来指示溶液的酸碱性。酸碱指示剂通常指有机弱酸或弱碱，当溶液pH改变时，其电离程度发生变化，进而引起颜色变化。此外，中和反应时，酸碱指示剂只能滴加1～2滴，减少误差。

②植物酸碱指示剂及其变色原理。花青素是构成花瓣和果实颜色的主要色素之一，属黄酮类物质，自然界中大部分花朵、水果和蔬菜都因为含有丰富的花青素而显现五彩缤纷的颜色。具有和石蕊类似的变色特性，花青素中含有共轭体系式共轭双键结构，在酸碱溶液的作用下发生共轭结构改变而变色，当pH＜2时，黄酮离子使溶液呈现红色AH+，随着pH的增加，羟基发生质子转移，在pH值为3～6时，溶液呈现无色或淡粉色B，随着溶液pH变化共轭结构发生变化C，当pH＞7时，脱质子使溶液呈现蓝色A，如图1所示。

图1 植物酸碱指示剂变色原理

(2)实验材料

①实验原料。桑葚、紫甘蓝、蓝莓、紫色洋葱、草莓；沐浴露、洗手液、洗发露、洗面奶、肥皂、雪碧、小苏打、醋、土壤、葡萄酒。

盐酸（37%，国药，AR）、氨水（国药，AR）、醋酸（国药，AR）、氢氧化钠（国药，AR）、乙醇（95%，国药，AR）、蒸馏水（国药，AR）、碳酸钙（国药，AR）。

②实验仪器与设备。容量瓶（100mL）、试剂瓶、研钵、白色点滴板、塑胶滴管、烧杯（500mL）、烧杯（100mL）、玻璃棒、pH计及电极。

(3)实验方法

①配置标准的pH1～14范围的标准溶液。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溶液分别配置pH=0.13、pH=3.08、pH=5.06、pH=6.64、pH=9.02、pH=11.03、pH=13.97标准溶液，装入试剂瓶中备用。

②制备植物酸碱指示剂。称取一定量的紫甘蓝、桑葚、蓝莓、紫色洋葱和草莓用清水浸泡洗净，擦干后切成小块，放入研钵中，将其捣碎，然后加入适量的95%乙醇和少许CaCO3粉末，再加入少量蒸馏水稀释搅拌，浸泡30min，用洁净的纱布包裹，挤出汁液，重复过滤3遍得到澄清的浸出液。分别装在试剂瓶中做好标记。

③植物酸碱指示剂变色范围的测试。在5个洁净的白色点滴板中分别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标准溶液，以及蒸馏水空白对照组并做好标记，分别滴入等量的桑葚提取液、紫甘蓝提取液、蓝莓提取液、紫色洋葱提取液和草莓浸出液。搅拌均匀等待观察并记录不同孔穴的显色情况。最后得出结论。

(4)实验结论

每种植物浸出液本身颜色不同，且在不同pH值的标准溶液中都有一定的颜色变化，实验结果见表1。

表1 不同植物萃取液在不同pH值溶液中的显色情况

实验结果说明各花青素浸出液加入酸性或碱性溶液后都有颜色变化，在酸性条件下为粉色，碱性条件下为绿色或者黄色，与实验室合成指示剂有相似的性质。选取颜色变化明显的紫甘蓝提取液作为实验所需的天然指示剂，结果如图2所示。

图2 紫甘蓝提取液在不同pH溶液中显色反应

2.生活中的应用

(1)日常生活用品的酸碱性检测

将沐浴露、洗手液、洗发露1、洗发露2、洗衣粉、洗面乳1、洗面乳2、洗面乳3、肥皂、小苏打分别用蒸馏水配制成一定浓度的溶液，选取颜色变化明显的紫甘蓝提取液作为天然植物指示剂来进行科普实验。分别取少量放在白色点滴板中，然后滴加等量紫甘蓝植物酸碱指示剂，搅拌均匀观察颜色变化，结果如图3所示。

图3 生活中常见物品在紫甘蓝提取液中颜色变化

由上述图片可以得出结论：肥皂水、洗衣粉、洗面乳1和洗面乳2以及小苏打遇紫甘蓝指示剂显示绿色，说明其呈现碱性；洗面乳3、沐浴露、洗手液、洗发露1、洗发露2、雪碧和食用醋遇指示剂显红色或淡粉色呈现中性或酸性，洗面乳3接近中性。不同品牌的洗面奶酸碱度差别明显。可见自制植物酸碱指示剂是可以满足生活中常见用品的酸碱性检测。

(2)植物酸碱指示剂检测土壤酸碱性

土壤的酸碱性对农业生产具有重要作用，如：按照土壤的酸碱性合理施肥，保证农作物健康生长；决定某两种农药和化肥能不能混合使用时也需知道各自的酸碱度。分别采取校园两块不同土壤配成溶液，在白色点滴板中分别加入定量土壤溶液1和土壤溶液2，分别向两孔中滴加等量紫甘蓝指示剂，搅拌均匀，结果如图4所示。

图4 土样1和土样2的颜色变化情况

由图4可见，同一个校园里不同环境的两片土壤其酸碱性也有差别。

(3)鉴别花青素是否存在—检验葡萄酒的真假

葡萄酒，由葡萄果实或葡萄汁酿成，里面含有大量的花青素，其自身可以看作植物酸碱指示剂，所以可以利用生活中的白醋和小苏打来鉴别。在白色点滴板中分别加入定量白醋溶液和小苏打溶液，分别向两孔中滴加红酒，搅拌均匀，结果如图5所示。

图5 红酒在白醋和小苏打中的颜色变化情况

由5图可以得出：红酒遇白醋变为粉红色，遇小苏打变为墨绿色，颜色变化明显。而市场上用酒精色素勾兑的假酒里面不含有花青素，则不会产生颜色变化。运用常见的生活用品，借助化学原理可以安全、简捷的解决生活中的一些琐事，既能解决实际问题，又可以增加生活趣味性。

3.结论

通过此实验探究发现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环保、pH显色范围广，可以制作成简易天然酸碱指示剂来帮助人们检测生活常见用品的酸碱性。此实验的科普结合地方区域特点，与生产生活密切相关，极具现实意义。实验用品来源于生活，绿色、安全、无污染。实验过程简单，现象明显，不仅可以在生活中给人们增添不少生活乐趣，也容易产生共鸣。