Herstellung eines pH-Indikators aus Rotkohl – Anthocyanin-Chemie

Schneiden Sie den Rotkohl in kleine Stücke, um die Oberfläche zu maximieren. Geben Sie die Stücke in einen großen Topf, bedecken Sie sie mit 500ml destilliertem Wasser und bringen Sie alles zum Kochen. Lassen Sie es 15-20 Minuten köcheln, bis das Wasser eine tiefblau-violette Farbe annimmt. Alternativ können Sie kochendes Wasser über den gehackten Rotkohl in einer hitzebeständigen Schüssel gießen und 30 Minuten ziehen lassen. Das heiße Wasser extrahiert Anthocyan-Pigmente (insbesondere Cyanidin-3-Glucosid und seine Derivate) aus den Zellvakuolen des Kohls. Seihen Sie die Flüssigkeit durch ein Sieb ab und entsorgen Sie die festen Kohlreste. Die so entstandene tiefviolette Lösung ist Ihre pH-Indikator-Stammlösung. Sie hält sich im Kühlschrank 1-2 Wochen oder kann für eine längere Lagerung eingefroren werden.

Gib etwa 30–50 ml der violetten Indikatorlösung in 6–10 klare Gläser oder Reagenzgläser. Stelle sie nebeneinander in einer Reihe auf. Sammle Testsubstanzen, die die pH-Skala abdecken: Zitronensaft (pH ~2), weißen Essig (pH ~2,5), Milch (pH ~6,5), destilliertes Wasser (pH 7), in Wasser gelöstes Natron (pH ~8,5), verdünntes Ammoniak oder Waschsodalösung (pH ~11) und verdünnte Bleichlauge (pH ~12–13). Behandle starke Basen und Bleichlauge vorsichtig – sie sind ätzend. Die neutrale Indikatorlösung sollte eine satte blau-violette Farbe haben, die dem Ausgangswert bei pH 7 entspricht.

Gib ein paar Tropfen Zitronensaft in das erste Glas mit dem Indikator und rühre um. Die Lösung färbt sich leuchtend pinkrot. Das Anthocyanin-Molekül nimmt vom Säure ein Wasserstoffion (H+) auf, wodurch sich die Struktur des Flavylium-Kations in ihre rote Form verschiebt. Gib Essig in das nächste Glas – auch er färbt sich pink, jedoch etwas weniger intensiv, da Essig etwas weniger sauer ist als Zitronensaft. Die Farbintensität korreliert mit der Säurestärke, weil mehr H+-Ionen eine vollständigere Umwandlung des Anthocyanins in seine protonierte (rote) Form bewirken. Dies zeigt die quantitative Natur des Indikators – er erkennt nicht einfach nur Säure/Base, sondern zeigt an, wie sauer oder basisch die Lösung ist.

Gib Natron-Lösung in ein anderes Glas – der Indikator färbt sich blaugrün. Das Anthocyan verliert in der alkalischen Umgebung Wasserstoffionen und geht in seine chinoide Basenform über. Gib stärkere Basen hinzu: Ammoniaklösung erzeugt Grün, und verdünnte Bleichlauge erzeugt Gelbgrün. Bei sehr hohem pH-Wert (über 12) öffnet sich die Anthocyanstruktur vollständig zu ihrer Chalkonform, die blaues Licht absorbiert und gelb erscheint. Du hast nun ein vollständiges Farbspektrum von Rot (pH 1-3) über Violett (pH 4-6) und Blau (pH 7-8) bis Grün (pH 9-11) und Gelb (pH 12-14). Dieser einzige natürliche Farbstoff deckt den gesamten pH-Bereich ab und ist damit so aussagekräftig wie ein synthetischer Universalindikator.

Um tragbare pH-Teststreifen herzustellen, werden Streifen aus weißem Kaffeefilterpapier oder Löschpapier 5 Minuten lang in die konzentrierte Rotkohl-Indikatorlösung getaucht. Anschließend herausnehmen und flach auf einem Gestell trocknen lassen. Nach dem Trocknen haben die Papierstreifen einen blassvioletten Farbton und funktionieren genauso wie handelsübliches pH-Indikatorpapier: Einen Streifen in eine beliebige Flüssigkeit tauchen, und die Farbveränderung zeigt den pH-Wert an. Getrocknete Streifen in einem verschlossenen Zip-Beutel fern von Licht aufbewahren (Anthocyan ist lichtempfindlich und wird durch UV-Strahlung abgebaut). Diese Streifen unterscheiden zuverlässig starke Säuren, schwache Säuren, neutrale Lösungen, schwache Basen und starke Basen und sind damit ein praktisches Hilfsmittel zur Prüfung des Bodens-pH-Werts, der Wasserqualität, von Haushaltschemikalien und des Gärfortschritts.