一、引言
花青素是植物中的“天然调色师”，不仅能让花朵和果实呈现缤纷色彩，还对植物的生长发育、繁殖和环境适应性等诸多方面具有重要作用。同时，花青素也是经典的“酸碱指示剂”，其颜色随环境酸碱度变化而改变。本文以桃花、三色堇、杜鹃花及紫罗兰为研究对象，因直接使用酸碱溶液喷花朵花瓣，其效果并不明显，改用通过热水浸提法提取花瓣中的花青素，从而探究不同酸碱溶液对其显色的影响。实验发现，花青素在酸性（pH<5）条件下呈红色至粉色，中性（pH≈7）为紫色，碱性（pH>9）则变为蓝绿色。本研究结合科学原理与趣味实验设计，开发了一套适合中小学生操作的科普方案，通过“花田色彩魔法”直观展示植物化学的奥妙。
二、花青素提取实验原理
2.1实验原理
花青素最早由Marguart自矢车菊花瓣中分离获得，其在丙醇、乙醇、甲醇等有机溶剂中均具有良好溶解性。其分子以3,5,7-三羟基-2-苯基苯并吡喃为母核结构，通过羟基等取代基在苯环上的组合变化，衍生出多样化结构类型。[4]现已鉴定的天然花青素超20种，其中矢车菊色素、锦葵色素、芍药色素、天竺葵色素、飞燕草色素与牵牛花色素这六类占比超过自然界总量的90%，构成了植物显色的核心组分，如图1所示。
图1花青素的基本结构和类别
本实验从玫瑰花中提取的花青素以矢车菊素（Cyanidin）为主（结构见图2），其分子中羟基（—OH）取代基的数量与位置直接影响显色特性。而三色堇（Viola tricolor）的蓝紫色花瓣中则富含飞燕草素（Delphinidin）（结构见图2），其较矢车菊素多一个羟基基团，增强了分子共轭体系，导致最大吸收波长向长波方向偏移，显色更偏蓝调。
图2 矢车菊素、飞燕草素结构图
2.2于非实验室场所提取玫瑰花青素步骤
（1）原料预处理： 将玫瑰花花瓣瓣放入盆中，用流动清水轻轻漂洗2-3次，去除灰尘和昆虫（清洗去杂）。避免揉搓或长时间浸泡，防止色素流失。用剪刀将花瓣剪成碎片（或用菜刀切碎），增大接触面积（破碎处理）。 （2）花青素提取： 倒入准备好的热水，但避免加入的是高沸的沸水，防止高温破坏花青素（加入热水）。再向溶液中加入1汤匙白醋或半个柠檬挤汁，搅拌均匀，静置待玫瑰花瓣沉淀。用纱布或滤茶袋过滤，挤压花瓣残渣至无液体滴落。得到上层液体即为花青素粗提取液。
图3 于非实验室场所提取花青素步骤
2.3实验室中提取玫瑰花、三色堇花青素步骤
(1）原料预处理 将花瓣置于洁净容器中，用去离子水轻柔冲洗3次，去除表面灰尘、昆虫残留物等，用滤纸吸干表面水分，避免残留水分影响干燥效率。 将洗净的花瓣放入烧杯中，尽量避免堆叠或挤压，以防局部受热不均。开启鼓风干燥箱，设置温度 60℃。将烧杯放入烘箱中，开始计时。每隔20 min称量一次花瓣质量，当连续两次称量差值≤0.5%时，视为达到恒重。 恒重样品转移至室温环境中冷却至室温。取适量干燥花瓣置于预冷研钵中，研磨过筛，避光保存。 （2）玫瑰花、三色堇花青素提取 配制采用酸醇比为1.6:20的酸性乙醇溶液，即0.1%HCl:60%乙醇溶液=1.6:20或者1.8:20，在料液比为1:16或者1:18的条件下，于超声波清洗剂中设置49℃、400W的条件，超声提取70-80 min，随后离心取得的上清液即为玫瑰花青素提取液，离心设置为15 min，5000r/min。)
图4 于实验室场所提取花青素步骤
三、互动展示方案
3.1花青素试纸
首先，将滤纸裁剪成四分之一扇形。然后，用滴管吸取花青素提取液，均匀地滴在滤纸上，待其晾干，花青素试纸即制作完成。接着，让参与者用滴管分别吸取不同的饮料，逐滴滴在花青素试纸上，观察试纸颜色的变化，并引导他们根据颜色变化判断饮料的酸碱性。例如，若试纸变红，说明饮料呈酸性；若试纸变蓝，则说明饮料呈碱性。
图5 花青素试纸样品
图6 花青素试纸变色现象
3.2花青素提取液彩绘
先将滤纸平铺在桌面上，用喷壶喷洒花青素提取液，均匀地喷涂在滤纸上，使滤纸表面布满花青素。待其稍干后，参与者使用毛笔蘸取不同pH值的溶液，在涂有花青素的滤纸上进行涂抹创作。涂抹不同pH值的溶液，滤纸会呈现出丰富多样的颜色变化，从而创作出独一无二的彩绘作品。
图7 花青素提取液彩绘作品
3.3变色纸花
指导参与者用彩色皱纹纸制作纸花，用喷壶将花青素提取液均匀地喷洒在纸花上，此时纸花呈现出花青素本身的颜色。接下来，让参与者用装有不同pH值溶液的喷壶，依次喷洒在纸花上，观察纸花颜色随着酸碱环境变化而发生的奇妙改变。
图8 花青素纸花
3.4数字Flash互动动画
提前制作好与花青素科普相关的Flash互动动画。互动动画中设有科普知识区域，为使用者科普花青素变色原理，深入浅出的文字说明，配合上按钮互动与花朵颜色变化，使得科普更有趣味性，让使用者对科普内容的认识更加深刻。
图9 数字Flash互动动画页面展示
3.5大众科普推文与科普小视频
针对普通大众的知识水平和阅读习惯，撰写一系列深入浅出的科普推文。推文内容可以从日常生活角度出发，介绍花青素对人体健康的益处，如抗氧化、预防心血管疾病等；分享如何在日常饮食中摄入更多富含花青素的食物；辟谣一些关于花青素的常见误解等。推文中适当插入生动有趣的图片、表情包等元素，增加推文的趣味性和吸引力。 制作时长较短的科普小视频。视频内容聚焦于花青素的某个知识点或有趣的实验现象，如“在家就能做的花青素变色小实验”“一分钟了解花青素的神奇功效”等。视频风格要简洁明了、生动活泼，通过动画、实景演示等多种形式快速传达核心信息，适合大众在碎片化时间内观看学习。将这些科普小视频发布在各大社交媒体平台上，扩大科普覆盖面。
图10 科普公众号及科普推文