天然植物酸堿指示劑的制備及生活中的應(yīng)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(xué)院化學(xué)工程學(xué)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(xiàn)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(lái)很多益處，深受研究者們的廣泛研究。目前，已經(jīng)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(cè)食品新鮮度的指示劑[4]，在醫(yī)用、食品和化妝品領(lǐng)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(jiàn)的合成指示劑有甲基橙、溴百里酚藍(lán)、酚酞、剛果紅等，不同的指示劑有不同的變色范圍，大多數(shù)合成指示劑有一定的毒性，生產(chǎn)過(guò)程危害環(huán)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(huán)保、成本低，當(dāng)環(huán)境pH改變，其發(fā)生顏色變化，普遍受到研究人員親賴。

隨著人們生活質(zhì)量逐漸提高，對(duì)生活用品和環(huán)境也要求越來(lái)越高。物質(zhì)的酸堿性與現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活密切相關(guān)，比如：按照土壤的酸堿性[7]合理施肥，保證農(nóng)作物健康生長(zhǎng)。根據(jù)鮮花等植物對(duì)土壤酸堿性的需求，通過(guò)調(diào)節(jié)土壤酸堿性，培育出顏色不同的觀賞性植物，極具美感。結(jié)合本校服務(wù)三農(nóng)的特色，吸引校內(nèi)園林、園藝等相關(guān)專業(yè)同學(xué)的興趣，又可對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民進(jìn)行科普宣傳[8]，具有極大的實(shí)用價(jià)值。健康的的皮膚是處于弱酸性環(huán)境中，經(jīng)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(guò)檢測(cè)所用護(hù)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(jiǎn)易的酸堿指示劑檢測(cè)下常吃的食物，合理挑選自己所需；結(jié)合區(qū)域特色，當(dāng)?shù)仄咸丫坡劽?，利用紅酒中花青素含量豐富的特點(diǎn)，常用酸堿物品進(jìn)行紅酒真?zhèn)蔚蔫b別，既可吸引校內(nèi)釀酒專業(yè)同學(xué)的關(guān)注，又可引起人們的共鳴，從而達(dá)到科普宣傳的目的。

因此，如何檢驗(yàn)物質(zhì)的酸堿性至關(guān)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(yīng)用，以自制的酸堿指示劑在校園內(nèi)外進(jìn)行科普宣傳，將天然植物酸堿指示劑與生產(chǎn)生活進(jìn)行聯(lián)系，利用化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。

1.實(shí)驗(yàn)原理、材料和方法

(1)實(shí)驗(yàn)原理

①酸堿指示劑。酸堿指示劑是檢驗(yàn)溶液酸堿性的常用化學(xué)試劑，由于其周圍環(huán)境酸堿性的變化，使顏色發(fā)生變化來(lái)指示溶液的酸堿性。酸堿指示劑通常指有機(jī)弱酸或弱堿，當(dāng)溶液pH改變時(shí)，其電離程度發(fā)生變化，進(jìn)而引起顏色變化。此外，中和反應(yīng)時(shí)，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?；ㄇ嗨厥菢?gòu)成花瓣和果實(shí)顏色的主要色素之一，屬黃酮類物質(zhì)，自然界中大部分花朵、水果和蔬菜都因?yàn)楹胸S富的花青素而顯現(xiàn)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(jié)構(gòu)，在酸堿溶液的作用下發(fā)生共軛結(jié)構(gòu)改變而變色，當(dāng)pH＜2時(shí)，黃酮離子使溶液呈現(xiàn)紅色AH+，隨著pH的增加，羥基發(fā)生質(zhì)子轉(zhuǎn)移，在pH值為3～6時(shí)，溶液呈現(xiàn)無(wú)色或淡粉色B，隨著溶液pH變化共軛結(jié)構(gòu)發(fā)生變化C，當(dāng)pH＞7時(shí)，脫質(zhì)子使溶液呈現(xiàn)藍(lán)色A，如圖1所示。

圖1 植物酸堿指示劑變色原理

(2)實(shí)驗(yàn)材料

①實(shí)驗(yàn)原料。桑葚、紫甘藍(lán)、藍(lán)莓、紫色洋蔥、草莓；沐浴露、洗手液、洗發(fā)露、洗面奶、肥皂、雪碧、小蘇打、醋、土壤、葡萄酒。

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

②實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備。容量瓶（100mL）、試劑瓶、研缽、白色點(diǎn)滴板、塑膠滴管、燒杯（500mL）、燒杯（100mL）、玻璃棒、pH計(jì)及電極。

(3)實(shí)驗(yàn)方法

①配置標(biāo)準(zhǔn)的pH1～14范圍的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(lán)、桑葚、藍(lán)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(fù)過(guò)濾3遍得到澄清的浸出液。分別裝在試劑瓶中做好標(biāo)記。

③植物酸堿指示劑變色范圍的測(cè)試。在5個(gè)潔凈的白色點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)溶液，以及蒸餾水空白對(duì)照組并做好標(biāo)記，分別滴入等量的桑葚提取液、紫甘藍(lán)提取液、藍(lán)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(jié)論。

(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)論

每種植物浸出液本身顏色不同，且在不同pH值的標(biāo)準(zhǔn)溶液中都有一定的顏色變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)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(shí)驗(yàn)室合成指示劑有相似的性質(zhì)。選取顏色變化明顯的紫甘藍(lán)提取液作為實(shí)驗(yàn)所需的天然指示劑，結(jié)果如圖2所示。

圖2 紫甘藍(lán)提取液在不同pH溶液中顯色反應(yīng)

2.生活中的應(yīng)用

(1)日常生活用品的酸堿性檢測(cè)

將沐浴露、洗手液、洗發(fā)露1、洗發(fā)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(lán)提取液作為天然植物指示劑來(lái)進(jìn)行科普實(shí)驗(yàn)。分別取少量放在白色點(diǎn)滴板中，然后滴加等量紫甘藍(lán)植物酸堿指示劑，攪拌均勻觀察顏色變化，結(jié)果如圖3所示。

圖3 生活中常見(jiàn)物品在紫甘藍(lán)提取液中顏色變化

由上述圖片可以得出結(jié)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(lán)指示劑顯示綠色，說(shuō)明其呈現(xiàn)堿性；洗面乳3、沐浴露、洗手液、洗發(fā)露1、洗發(fā)露2、雪碧和食用醋遇指示劑顯紅色或淡粉色呈現(xiàn)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?？梢?jiàn)自制植物酸堿指示劑是可以滿足生活中常見(jiàn)用品的酸堿性檢測(cè)。

(2)植物酸堿指示劑檢測(cè)土壤酸堿性

土壤的酸堿性對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要作用，如：按照土壤的酸堿性合理施肥，保證農(nóng)作物健康生長(zhǎng)；決定某兩種農(nóng)藥和化肥能不能混合使用時(shí)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(diǎn)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(lán)指示劑，攪拌均勻，結(jié)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(jiàn)，同一個(gè)校園里不同環(huán)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(yàn)葡萄酒的真假

葡萄酒，由葡萄果實(shí)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(lái)鑒別。在白色點(diǎn)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(jié)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?yōu)榉奂t色，遇小蘇打變?yōu)槟G色，顏色變化明顯。而市場(chǎng)上用酒精色素勾兌的假酒里面不含有花青素，則不會(huì)產(chǎn)生顏色變化。運(yùn)用常見(jiàn)的生活用品，借助化學(xué)原理可以安全、簡(jiǎn)捷的解決生活中的一些瑣事，既能解決實(shí)際問(wèn)題，又可以增加生活趣味性。

3.結(jié)論

通過(guò)此實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)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(huán)保、pH顯色范圍廣，可以制作成簡(jiǎn)易天然酸堿指示劑來(lái)幫助人們檢測(cè)生活常見(jiàn)用品的酸堿性。此實(shí)驗(yàn)的科普結(jié)合地方區(qū)域特點(diǎn)，與生產(chǎn)生活密切相關(guān)，極具現(xiàn)實(shí)意義。實(shí)驗(yàn)用品來(lái)源于生活，綠色、安全、無(wú)污染。實(shí)驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯，不僅可以在生活中給人們?cè)鎏聿簧偕顦?lè)趣，也容易產(chǎn)生共鳴。