赤キャベツでpH指示薬を作る ― アントシアニンの化学

紫キャベツを小さく刻み、表面積を最大にします。刻んだキャベツを大きな鍋に入れ、蒸留水500mlを注ぎ、沸騰させます。水が濃い青紫色になるまで15～20分間弱火で煮込みます。または、耐熱性のボウルに刻んだキャベツを入れて熱湯を注ぎ、30分間浸出させる方法もあります。熱水によって、キャベツの細胞液胞からアントシアニン色素（特にシアニジン-3-グルコシドとその誘導体）が抽出されます。液体を篩でこし、キャベツの固形物は廃棄します。得られた濃い紫色の溶液が、pH指示薬の原液となります。冷蔵庫で1～2週間保存でき、長期保存する場合は冷凍することもできます。

紫色の指示薬溶液を約30～50mlずつ、透明なグラスまたは試験管6～10本に注ぎます。一列に並べてください。pHスケール全体にわたる試験物質を用意します：レモン汁（pH約2）、白酢（pH約2.5）、牛乳（pH約6.5）、蒸留水（pH 7）、水に溶かした重曹（pH約8.5）、希釈したアンモニア水または洗濯用ソーダ溶液（pH約11）、希釈した漂白剤（pH約12～13）。強塩基と漂白剤は腐食性があるため、慎重に取り扱ってください。中性の指示薬溶液は濃い青紫色になるはずで、これがpH 7の基準色となります。

指示薬の入った最初のグラスにレモン汁を数滴加えてかき混ぜます。溶液は鮮やかなピンク赤色に変わります。アントシアニン分子は酸から水素イオン（H+）を受け取り、これによりフラビリウムカチオンの構造が赤色の形へと変化します。次のグラスに酢を加えると、こちらもピンク色になりますが、酢はレモン汁よりわずかに酸性が弱いため、色の濃さはやや控えめになります。H+イオンが多いほどアントシアニンがプロトン化された（赤色の）形へより完全に変換されるため、色の濃さは酸の強さと相関します。これは指示薬の定量的な性質を示しています。単に酸性・塩基性を検出するだけでなく、溶液がどの程度酸性または塩基性であるかを示すのです。

重曹溶液を別のグラスに加えると、指示薬は青緑色に変わります。アントシアニンはアルカリ性の環境で水素イオンを失い、キノイド塩基型へと変化します。さらに強い塩基を加えると、アンモニア溶液では緑色に、薄めた漂白剤では黄緑色になります。非常に高いpH（12以上）では、アントシアニンの構造が完全に開いてカルコン型になり、青色光を吸収して黄色に見えます。こうして、赤色（pH 1-3）、紫色（pH 4-6）、青色（pH 7-8）、緑色（pH 9-11）、黄色（pH 12-14）という完全な色のスペクトルが得られます。この一つの天然色素でpH全域をカバーでき、合成の万能指示薬と同じくらい有益です。

持ち運べるpH試験紙を作るには、白いコーヒーフィルターの紙またはろ紙の短冊を、濃縮したキャベツ指示薬溶液に5分間浸します。取り出して網の上に平らに置き、乾燥させます。乾燥後、紙の短冊は淡い紫色になり、市販のpH指示紙と同じように機能します。短冊をどの液体にも浸せば、色の変化によってpHが分かります。乾燥させた短冊は、光から遠ざけて密封式のジッパー付き袋に保管してください（アントシアニンは光に敏感で、紫外線にさらされると分解します）。これらの短冊は、強酸、弱酸、中性溶液、弱塩基、強塩基を確実に区別できるため、土壌のpH、水質、家庭用化学品、発酵の進行状況を調べるための実用的な道具になります。