紫甘藍汁酸堿變化實驗

紫甘藍色素作為酸堿指示劑的應(yīng)用

紫甘藍色素是從紫甘藍（hell.）中提

取的一種天然色素，性質(zhì)比較穩(wěn)定，能做試劑較長期保存，其顏色隨pH改變而

發(fā)生鮮明的變化，并能準(zhǔn)確地指示酸堿滴定終點，因此可作為一種天然的酸堿指

示劑。

1紫甘藍色素的來源與結(jié)構(gòu)

紫甘藍色素從化學(xué)結(jié)構(gòu)分類上屬于花色苷類。花色苷是18種天然存在的花

色素（anthocyanidin,花色苷的配基）的糖苷化合物，為2－苯基苯并芘或黃珜

鹽離子的多羥基以及多甲氧基衍生物。紫甘藍中所存在的花色苷是3－槐糖苷－

5－葡萄糖苷（丙二酯、單－以及雙－p－香豆酸或阿魏酯酰化）［1］，均系

由矢車菊色素（cyanidin）酰化多個葡萄糖基及對羥基苯甲酰（p－coumaryl）、

阿魏酰（ferulyl）和養(yǎng)子酰（sinapyl）等而成，其中主要的4種RC-1至RC-4（RC=red

cabbage）結(jié)構(gòu)式如下圖所示［2］。

2紫甘藍色素的提取及穩(wěn)定性

花色苷在中性或堿性溶液中一般不穩(wěn)定，因此提取過程常用酸性溶劑破壞植

物細胞膜，溶解水溶性色素。最常用的提取劑為甲醇，但因其具有一定的毒性，

常用其他溶劑代替，如乙酸、n－丁醇、乙二醇、丙二醇、冷丙醇、醋酸-

甲醇-水混合物以及沸水等。工業(yè)上通常采用如下的提取工藝：

已有研究表明，紫甘藍色素的最佳提取條件是浸取液為20%的乙酸溶液，浸

取時間為4小時，溫度為40℃，避免光照［3］。

在中學(xué)化學(xué)實驗室中可簡化上述工藝流程：稱取10g紫甘藍，切碎置于250

mL小燒杯中，加入100mL水，然后用酒精燈加熱此混合物至沸騰，當(dāng)液體顏

色變紫后停止加熱，冷卻至室溫，過濾，即得紫甘藍色素溶液。

3紫甘藍色素的變色機理

花色苷的C-2位鄰近存在水合氫離子對它們所表現(xiàn)出來的兩性屬性起著至

關(guān)重要的作用，因此其化學(xué)結(jié)構(gòu)隨pH的變化會相應(yīng)變化。在任一給定的pH條

件下，4種主要花色苷/配基結(jié)構(gòu)之間存在平衡：藍色的醌型（無色）堿，紅色的

黃珜鹽陽離子，無色的甲醇（假）堿或半縮醛以及查爾酮類。

對于紫甘藍色素，其變色范圍如下圖：

紫甘藍色素隨著pH的變化顏色發(fā)生顯著變化，但能否作為酸堿指示劑，還

須看其能否準(zhǔn)確的判斷滴定終點。已有研究采用比較法比較了紫甘藍色素和酚酞

作指示劑標(biāo)定NaOH的濃度，結(jié)果相同且紫甘藍色素的變色終點更接近等當(dāng)點

時的理論值。同時測定紫甘藍色素在酸堿滴定pH突越范圍內(nèi)顏色的變化發(fā)現(xiàn)，

其變色范圍（pH=7.5）較之常用的甲基橙、酚酞等更接近于pH=7［4］。

4紫甘藍色素作為酸堿指示劑在中學(xué)化學(xué)實驗中的應(yīng)用舉例

4.1家用pH試紙的制備

將白色吸水紙浸沒在用上述提取方法得到的紫甘藍色素溶液中，大約20秒，

然后取出吹干，即得家用pH試紙。用其測定家庭用品的pH，如：檸檬酸、小

蘇打、洗衣粉等，可以粗略得出物質(zhì)的酸堿性。所得結(jié)果如表1所示。

由上述實驗可以看出，紫甘藍試紙是一種變色范圍較廣的試紙。不僅可以指

示物質(zhì)的酸、堿性，而且可以比較酸堿性的強弱，較之石蕊試紙、酚酞試紙有一

定的優(yōu)勢。

4.2電解食鹽水

在紫甘藍的提取液中溶解盡可能多的食鹽固體，將其放入U形管中，兩端

插入石墨電極并與電源相連，在11V電源電壓下進行電解。電解5分鐘可看出

明顯的顏色變化，陽極區(qū)域呈現(xiàn)紅色，陰極區(qū)域變成綠色，中間仍為紫色。氯化

鈉水溶液中存在的微粒有Na+、Cl-和H2O，電解時在U形管的陽極上，Cl-

失去電子被氧化，放出氯氣，由于氯氣可部分溶于水生成HCl和HClO，顯酸性，

因次氯酸生成量比較少，因此開始時不會退色；在陰極上，由水電離出的H+

結(jié)合電子被還原，放出氫氣，Na+和OH-結(jié)合成NaOH溶液，顯堿性，故而

顯綠色。電解發(fā)生的總反應(yīng)式如下：

由以上2個實驗可以看出，在化學(xué)實驗中紫甘藍色素可以作為一種新型的指

示劑應(yīng)用于中學(xué)化學(xué)教學(xué)。尤其是對于電解食鹽水的實驗，紫甘藍色素作為指示

劑，可以清楚的指示陽極區(qū)和陰極區(qū)液體酸堿性的變化，通過顏色的變化將微觀

粒子的運動趨勢清楚的展示在學(xué)生面前。

參考文獻

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引自凌關(guān)庭.可供開發(fā)食品添加劑(VI）:紅甘藍色素及其生理功能.糧食與油

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［4］盧玉振，袁勛模.貴州科學(xué).1996,(3):53-57

“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文”