植物界的“变色龙”——神奇紫甘蓝

赵泫熙

【摘要】本文从发现生活中紫甘蓝蔬果汁的变色入手研究，发现紫甘蓝是一种天然的酸碱指示剂，并且生活中很多蔬果花卉都是一种天然的酸碱指示剂，能与许多物质发生反应而出现丰富的色彩变化，并用这些丰富风色彩尝试对布料进行染色，发现天然色素染色并不稳定，在遇到光、高温等情况都会出现褪色现象，进一步研究还发现紫甘蓝蔬果汁在不同布料上的着色情况也不同以及使用恰当的媒染剂能增强植物色素在布料上的着色效果。

【关键词】天然酸碱指示剂、天然色素、染色、媒染剂、材质

一、研究起因：

在一次榨紫甘蓝蔬果汁时，为了让蔬果汁变得更美味，我在紫甘蓝汁中加入了柠檬汁与白糖，谁知紫甘蓝汁却突然变了一个颜色!对于这样神奇的现象我感到好奇极了，我不禁开始思考是什么原因造成了紫甘蓝蔬果汁的变色，是白糖还是柠檬汁？如果在里面加入其他的物质是不是也会发生这样的神奇变化?带着疑问和对科学的兴趣我开始了对紫甘蓝变色现象的探索。

二、研究过程

实验一:紫甘蓝与哪些物质会发生变色？

(一）实验材料

紫甘蓝、榨汁机、一次性杯子、食用碱、小苏打、柠檬水、醋、白糖、盐水、洗洁精等。

(二）实验步骤

1.在榨汁机中加入少量清水，并将紫甘蓝撕成小碎块放入榨汁机中榨成汁。

2.将紫甘蓝汁平均分并倒入装有以上七种物质的杯子中。

3.观察以上物质与紫甘蓝混合后的变色情况并进行记录。

(三）实验结果

(四）结果讨论与分析

我进行了以上7组实验其中将各组与紫甘蓝原液进行对比，通过实验发现食用碱、小苏打、柠檬水和醋都会使紫甘蓝原液发生变色，其中变色又主要分为两大类:食用碱和小苏打会使紫甘蓝原液变成绿色，而柠檬水和醋则会让紫甘蓝原液变成红色。而加入白糖、盐、洗洁精(中性)的紫甘蓝汁则没有发生变色，为什么有些物质会使紫甘蓝汁发生变色，而有些物质却不能使紫甘蓝变色呢?同样是变色，为什么有些使紫甘蓝变为绿色有些又是变为红色呢?其中的原理又是什么呢?带着这些疑问我又进行了进一步探索。

我开始去查阅课外资料，发现原来紫甘蓝中含有大量的花青素，而花青素是一种天然的水溶性色素，它在不同ph值的条件下会呈现不同的颜色。那实验中这些颜色各异的紫甘蓝混合溶液的ph值又分别是多少呢?哪类物质会使紫甘蓝原液发生颜色变化呢?带着这些疑问我又继续进行了紫甘蓝原液变色效果与ph值的关系研究。

实验二：紫甘蓝变色情况与ph值的关系

(一）实验材料

小苏打溶液、白醋、白糖水、盐水、洗洁精、紫甘蓝原液、ph试纸

(二）实验步骤

1.取ph试纸，蘸取各混合溶液进行ph值测定。

2.对各物质水溶液进行ph值测定。

(三）实验结果

(四）实验结果与分析

根据PH试纸的测试结果，发现碱性的食用碱与小苏打能使紫甘蓝汁变绿，酸性的柠檬水与白醋则使紫甘蓝汁变红，而中性的白糖、盐不会使紫甘蓝汁发生变色。

这是因为紫甘蓝中含有大量花青素，是天然的酸碱指示剂，它的颜色会因酸碱度的不同而发生变化，遇到酸性则偏红，遇到碱性则偏蓝，实验中的白醋、柠檬水属于酸性，故加入紫甘蓝溶液变为红色；食用碱、小苏打属于碱性，加入紫甘蓝溶液则变为绿色；白糖、盐属于中性故不会使紫甘蓝发生颜色变化。

根据我在资料的查找过程发现洗洁精一般都是变为绿色的，而我的在实验中的洗洁精并没有变绿，后来通过查看洗洁精的ph我发现，因为我使用的洗洁精不是传统的去油脂的碱性洗洁精而是弱酸性的洗洁精，因此我的洗洁精没有使紫甘蓝变成绿色，而是主要呈现紫色，我想应该是因为我的洗洁精的酸碱性很弱接近中性，并且紫甘蓝的颜色很深，导致颜色变化不明显。

然而正当我收拾卫生时，突然看到了有部分试验后的溶液滴落在桌布上，我突发奇想，这些美丽的颜色能否作为天然染色剂去给布料染色呢？我马上开始了新的探索，我在家中找到了一些无纺布的布料，我准备就用它来试试这些溶液的染色效果。

实验三：用紫甘蓝原液与变色溶液给布料染色

(一）实验材料

布块若干、紫甘蓝、紫甘蓝变色混合液

(二）实验步骤

1.榨紫甘蓝溶液以及调制紫甘蓝与小苏打，醋等物质的混合溶液。

2.将布料剪成大小相同的布块。

3.每个溶液中放入布块。

4.将布块置于各混合液中染色1小时。

5.1小时后将布块从液体中拿出铺于纸上吹干。

(三）实验结果

刚取出时

用吹风机吹干后

紫甘蓝加白醋、小苏打等物质变色后能使布料染上颜色，但发现在用吹风机吹干后，布料的染色情况发生了很大的变化，尤其是白醋与柠檬水组别的颜色在吹干后变化很大，由红色变回了紫色。

(四）实验结果与分析

紫甘蓝与白醋、小苏打等溶液混合后的溶液具有一定的染色效果，但使用吹风机后都出现了褪色甚至白醋与柠檬水组别发生了很明显的变色情况，我猜想可能是使用吹风机的过程中，有什么因素使得紫甘蓝混合溶液发生了褪色甚至变色。

于是我对紫甘蓝的酸碱反应进行了查阅与研究，发现紫甘蓝中含有的花青素为水溶性色素，是一种比较不稳定的染色剂，会因为材质、水分、温度等各种情况发生分解。花青素与酸或碱反应后的物质在加热后，里面的酸碱物质会与指示剂分离从而导致褪色现象，所以我大胆猜测可能是吹风机的热风使布料发生了褪色现象，于是我马不停蹄开始了紫甘蓝酸碱反应与温度的关系。

实验四、温度对紫甘蓝混合液颜稳定性的影响

(一）实验器材

紫甘蓝、醋、杯子

(二）实验步骤

1.在紫甘蓝汁中加入醋变色。

2.将紫甘蓝醋溶液加热煮沸。

(三）实验结果

(四）实验结果与分析

我发现温度确实能使变色后的紫甘蓝溶液褪色从而恢复原来的颜色，因此布料在吹干后颜色发生改变极大可能就是吹风机的热风导致的。经过查阅资料，我知道原来酸碱指示剂与酸性碱性物质结合后具有不稳定性，当温度过高时，两者的结合物就会分解，尤其是酸性物质常会在加热的过程中分解挥发从而使颜色变化。

然而，当我继续做了一组自然风干的染色布料后却发现风干的布料与吹干的组别一样也出现一定的褪色与变色情况。

未光照

太阳晒后

经过我的查阅发现，原来除了温度会导致色素分解，光照、布料等因素也会导致色素发生分解，那什么样的布料对紫甘蓝的着色效果最好呢?

实验五、不同材质布料对紫甘蓝染色效果的影响

(一）实验器材

无纺布、天丝、雪纺、蕾丝、医用纱布、紫甘蓝、明矾

(二）实验步骤

1.配置明矾溶液、将紫甘蓝榨成汁。

2.将不同的布料同时置于明矾溶液中浸泡半小时。

3.取出布块同时浸入紫甘蓝汁中染色1小时。

4.取出布料再浸入明矾溶液固色半小时，并将各布块自然风干。

(三）实验结果

(四）实验结果与分析

通过实验我发现布料的材质对紫甘蓝的染色效果有一定的影响，着色效果:纯棉>无纺布>医用棉麻不带>天丝>雪纺。

我进行了进一步的查阅，了解到不同布料的粗糙程度、吸水性等不同，从而会导致染色情况不同，像涤纶这种过于光滑的布料会因色素不好附着而难以上色；而棉、麻这些纤维又因对天然染料有很好的吸收性而有较好的染色效果，但大多需要预处理以提高色牢度和上染率。

那有哪些方法能帮助布料提高色牢度与上染率呢?通过查询，我了解到在天然植物色素的染色中，明矾是一种常用的固色剂。

实验六：明矾对紫甘蓝染色的固色提色作用

(一）实验材料

明矾、紫甘蓝、无纺布、开水、杯子

1.在一次性杯子中加入明矾，因为明矾不易溶解，故我使用了开水并不停进行搅拌。

2.将布块先放入明矾溶液中浸泡30分钟。

3.30分钟后将明矾溶液中的布料拿出，放入紫甘蓝原液中染色1小时。同时，我在紫甘蓝原液中再放入一块未经过白矾处理的布块作为对比组。

4.明矾组布料染色后再次放入明矾溶液中固色30分钟。

5.将两组布料自然风干。

自然晾干(湿)

(三）实验结果

晾干后

(四）实验结果与分析

第二天两块布料已经风干，通过对比发现，使用明矾固色的布块颜色明显比未使用明矾的布料更鲜亮，且更不易发生褪色。说明明矾对紫甘蓝的染色具有一定的提色与固色效果。

我通过查询资料了解到明矾主要由硫酸铝钾组成，铝离子为三价，是一种白色结晶性物质，属于金属媒染剂，能够增强染色的耐水洗和耐光性能，明矾中的铝离子与植物纤维会形成复合物，从而更紧密地结合在纤维上。因此明矾能起到固色以及使得最终的颜色更加鲜艳和清晰的作用。明矾作为自然媒染剂，适用性广，对环境友好，适用于多种类型的植物染料和纤维。

五、实验拓展

时代在不断前进，我们常常被各种快速、便捷的工业染色技术所吸引，但是传统的植物染色给我们带来的独特的美感与文化体验是工业染色技术所不能替代的。同时天然色素对科技的发展也有着非常大的帮助，最初的酸碱指示剂就是从植物中提取制成的，这些神奇的变化启发着科学家们不断的研究探索。植物色素植物染色剂还对自然环境有着极大的保护作用，与工业染料不同，植物染料大多无毒无害，在很多染色使用过程中可以很好地替代工业染料。

1.植物色素在酸碱指示剂中的应用

世界上最早的酸碱指示剂就是罗伯特不小心将浓盐酸溅到一束紫罗兰上，发现紫罗兰变红而发明的。

我制作的酸碱指示剂-紫甘蓝酸碱指示剂

生活中常见的天然酸碱指示剂

2.古人对植物天然色素的使用 

古人没有现代这么多的科技，但一样可以拥有五彩缤纷的颜色这得益与天然的植物染料，如树皮、树根、枝叶、果实、果壳；花卉的鲜花、干花、花叶、花果；水果的外皮、果实、果汁，及草本植物、中药、茶叶等很多都可以用来染色。

蓝草是一种能够提取靛青的植物，常用于制作靛蓝染料，广泛应用于染布。

栀子含有 " 藏花酸 " 的黄色素，染成的黄色会微泛红光。

我的布料染色作品

栀子染色丝巾

葡萄染色发圈

牵牛花染色丝巾

3.植物色素在食品中的应用

许多植物色素天然无毒，比如胡萝卜、红心火龙果、紫薯、南瓜、蝶豆花等常被应用于食物的染色中。

火龙果红贝果

南瓜黄馒头

蝶豆花蓝面条

4.植物色素绘画

中国古代很早就懂得利用某些植物获取不同层次的色彩而进行绘画，其中蓼蓝草、藤黄、胭脂就是最常见的几种天然彩绘色素。

金农竟以胭脂入画

使用紫甘蓝溶液绘画

5.植物拓染

远在古希腊，人们就已经开始用植物拓印的方式来记录和展示植物的形态和纹理。而在中国，这种技艺的历史更为悠久，‌唐朝时期，拓染就已经开始流行。

6.植物色素在美妆中的应用

胭脂是纯草本化妆品，以红蓝花为原料，古代美女常涂于脸颊使皮肤更红润。

商陆指甲染色

六、研究总结

1.自然界中许多植物都含有丰富的色素，可以作为染色剂使用。

2.许多植物色素在不同的ph值范围下会出现不同的颜色变化，可以作为天然的酸碱指示剂。

3.天然染色剂一般具有不稳定性，在温度、光照等影响下，都会出现一定的褪色变色现象。

4.不同的布料对植物色素的吸色效果也不同，其中棉麻等布料对天然染料有很好的吸色效果。

5.许多植物色素在染色的过程中，不太稳定，容易出现难染色，易褪色等问题，此时可以借助媒染剂如明矾等以提高色牢度与上染率。

七、进一步设想

关于这段时间的研究，接下来我还想继续探索这几个问题。

1.天然的酸碱指示剂有什么办法能增强反应后的稳定性呢?

2.有什么办法让天然色素染色后永久保色呢?

3.像雪纺这样难以染色的布料有什么办法处理后染上颜色么?

4.天然色素在绘画过程中色彩总是不够鲜亮，有什么办法能将色素浓度提高呢?

八、感想与展望

通过对紫甘蓝等天然色素的研究，从一个生活中的小插曲入手，没想到不断地深入后却让我从中学到了这么多知识，在这个探索的过程中我学会了自己查阅、研究、开展实验，对实验结果的分析能力也得到了一定的锻炼，当一个一个科学疑问成功“水落石出”时，我难掩内心的激动与开心，科学不仅给我带了学习的乐趣，更让我对未知的探索充满了期待，在之后的学习中，我也会继续保持细心观察，勇于提问的品质，不断破解生活中的“谜题”。