紫甘蓝汁酸碱变化实验

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（hell.）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10g紫甘蓝，切碎置于250

mL小烧杯中，加入100mL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11V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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