紫甘蓝色素作为酸碱指示剂的应用

紫甘蓝色素作为酸碱指示剂的应用

紫甘蓝色素是从紫甘蓝（Brassica oleracea L.var.capitata L.f.rubra Thell.）中提取的一种天然色素，性质比较稳定，能做试剂较长期保存，其颜色随pH改变而发生鲜明的变化，并能准确地指示酸碱滴定终点，因此可作为一种天然的酸碱指示剂。

1 紫甘蓝色素的来源与结构

紫甘蓝色素从化学结构分类上属于花色苷类。花色苷是18种天然存在的花色素（anthocyanidin, 花色苷的配基）的糖苷化合物，为2－苯基苯并芘或黄珜盐离子的多羟基以及多甲氧基衍生物。紫甘蓝中所存在的花色苷是3－槐糖苷－

5－葡萄糖苷（丙二酯、单－以及双－p－香豆酸或阿魏酯酰化）［1］，均系由矢车菊色素（cyanidin）酰化多个葡萄糖基及对羟基苯甲酰（p－coumaryl）、

阿魏酰（ferulyl）和养子酰（sinapyl）等而成，其中主要的4种RC-1至RC-4（RC=red cabbage）结构式如下图所示［2］。

2 紫甘蓝色素的提取及稳定性

花色苷在中性或碱性溶液中一般不稳定，因此提取过程常用酸性溶剂破坏植物细胞膜，溶解水溶性色素。最常用的提取剂为甲醇，但因其具有一定的毒性，

常用其他溶剂代替，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。工业上通常采用如下的提取工艺：

已有研究表明，紫甘蓝色素的最佳提取条件是浸取液为20%的乙酸溶液，浸取时间为4小时，温度为40℃，避免光照［3］。

在中学化学实验室中可简化上述工艺流程：称取10 g紫甘蓝，切碎置于250 mL小烧杯中，加入100 mL水，然后用酒精灯加热此混合物至沸腾，当液体颜色变紫后停止加热，冷却至室温，过滤，即得紫甘蓝色素溶液。

3 紫甘蓝色素的变色机理

花色苷的C-2位邻近存在水合氢离子对它们所表现出来的两性属性起着至关重要的作用，因此其化学结构随pH的变化会相应变化。在任一给定的pH条件下，4种主要花色苷/配基结构之间存在平衡：蓝色的醌型（无色）碱，红色的黄珜盐阳离子，无色的甲醇（假）碱或半缩醛以及查尔酮类。

对于紫甘蓝色素，其变色范围如下图：

紫甘蓝色素随着pH的变化颜色发生显著变化，但能否作为酸碱指示剂，还须看其能否准确的判断滴定终点。已有研究采用比较法比较了紫甘蓝色素和酚酞作指示剂标定NaOH的浓度，结果相同且紫甘蓝色素的变色终点更接近等当点时的理论值。同时测定紫甘蓝色素在酸碱滴定pH突越范围内颜色的变化发现，其变色范围（pH=7.5）较之常用的甲基橙、酚酞等更接近于pH=7［4］。

4 紫甘蓝色素作为酸碱指示剂在中学化学实验中的应用举例

4.1 家用pH试纸的制备

将白色吸水纸浸没在用上述提取方法得到的紫甘蓝色素溶液中，大约20秒，然后取出吹干，即得家用pH试纸。用其测定家庭用品的pH，如：柠檬酸、小苏打、洗衣粉等，可以粗略得出物质的酸碱性。所得结果如表1所示。

由上述实验可以看出，紫甘蓝试纸是一种变色范围较广的试纸。不仅可以指示物质的酸、碱性，而且可以比较酸碱性的强弱，较之石蕊试纸、酚酞试纸有一定的优势。

4.2 电解食盐水

在紫甘蓝的提取液中溶解尽可能多的食盐固体，将其放入U形管中，两端插入石墨电极并与电源相连，在11 V电源电压下进行电解。电解5分钟可看出

明显的颜色变化，阳极区域呈现红色，阴极区域变成绿色，中间仍为紫色。氯化钠水溶液中存在的微粒有Na+、Cl-和H2O，电解时在U形管的阳极上，Cl-失去电子被氧化，放出氯气，由于氯气可部分溶于水生成HCl和HClO，显酸性，因次氯酸生成量比较少，因此开始时不会退色；在阴极上，由水电离出的H+结合电子被还原，放出氢气，Na+和OH-结合成NaOH溶液，显碱性，故而显绿色。电解发生的总反应式如下：

由以上2个实验可以看出，在化学实验中紫甘蓝色素可以作为一种新型的指示剂应用于中学化学教学。尤其是对于电解食盐水的实验，紫甘蓝色素作为指示剂，可以清楚的指示阳极区和阴极区液体酸碱性的变化，通过颜色的变化将微观粒子的运动趋势清楚的展示在学生面前。

参考文献

［1］唐传核.植物生物活性物质.北京:化学工业出版社,2005:12-14

［2］三荣源. FFI(株).脱臭赤色素.FFI,J,Jp.2001,192:81-83;2000,188:185. 转引自凌关庭.可供开发食品添加剂(VI）:红甘蓝色素及其生理功能.粮食与油脂.2003,(3):47-50

［3］张廉奉，赵丽凤.南阳师范学院学报,2005，(4):51-52

［4］卢玉振，袁勋模.贵州科学.1996,(3):53-57

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