“蓝瓶子”实验的改进及其在食品化学实验教学中的应用

顾颖颖，崔　雷

(上海理工大学理学院，上海　200093)



“蓝瓶子”实验的改进及其在食品化学实验教学中的应用

顾颖颖，崔雷

(上海理工大学理学院，上海200093)

为了提高学生对相关食品化学的理解，设计使用了食品添加剂亮蓝取代传统“蓝瓶子”实验中所使用的染料——亚甲基蓝。直接采用含有亮蓝和一些还原试剂(蔗糖或维生素C)的食品和饮料在外加氢氧化钠的作用下可以成功的重复“蓝瓶子”实验。该实验在食品化学实验教学中的应用，能大大加深学生对氧化还原反应的理解，增强实验的兴趣并提高对食品添加剂的认识。

蓝瓶子；亮蓝；食品添加剂；实验设计；教学改革

本科生的实验教学是整个教学环节的重要组成部分，它可以提高学生的创新精神以及分析问题和解决问题的能力[1]。因此，实验教学的改革对教学质量的提升和对培养创新型人才具有重要的意义[2]。为了增强学生对食品添加剂的理解，激发学生的探究兴趣，改进了“蓝瓶子”实验，将其应用到食品化学教学实践中。

传统的“蓝瓶子”实验使用了亚甲基蓝作为显色剂。在碱性条件下，蓝色亚甲基蓝溶液可以被葡萄糖还原成无色的亚甲基白溶液，然后振荡混合液，使其溶入空气或氧气后，亚甲基白被氧气氧化成亚甲基蓝，致使该混合液又呈现蓝色。若静置混合液，亚甲基蓝又再次被葡萄糖还原成无色的亚甲基白。如此反复振荡、静置，其混合液在蓝色与无色之间互变，故称为“蓝瓶子”实验。这种现象也称为亚甲基蓝的化学振荡。由蓝色出现到变成无色所需要的时间称为振荡周期，振荡周期的长短会受到反应条件如亚甲蓝溶液的最佳溶剂选择﹑反应温度和氢氧化钠用量等因素的影响[3]。其中，亚甲蓝在葡萄糖与氧气反应中起着相当于催化剂的作用。

亮蓝，作为中美两国食品药品监督管理局批准的食用色素，广泛应用于食品和饮料当中，其安全性被美国、欧盟等很多国家认可。采用亮蓝取代亚甲基蓝，在显色剂的结构上有很大的变化。亚甲基蓝属于典型的刚性共轭噻嗪类染料，而亮蓝则是一种典型的三芳基甲烷类染料，分子式如图1所示。这类染料旗下的另外一个分子——酚酞[4]，作为酸碱指示剂，广泛应用于大学生的分析化学实验中。在“蓝瓶子”实验中，亮蓝完全可以起到取代亚甲基蓝的作用，因此该实验就能选用市售糖果作为亮蓝的来源，此外糖果本身含有大量的葡萄糖可以作为还原剂的来源，同时在某些糖果和饮料中含有的维生素C也可以作为还原剂的来源。与传统的“蓝瓶子”实验相比较而言，由于实验的原料都是市售的糖果或饮料，能使学生加深学习氧化还原反应原理的同时消除食品添加剂在食品中的神秘感，从而激发学生的学习和探知的欲望。

图1　三种染料的化学结构式

1　实验原理

亮蓝在碱性条件下能够被葡萄糖和维生素C等还原剂还原成为无色物质，振荡该混合液，溶液中的无色物质又能被空气中的氧气氧化成蓝色，如此反复地静置和振荡该反应液，溶液的颜色就会在蓝色和无色之间周期性变化，直至反应体系中的还原剂或氧气完全消耗。其可逆的氧化还原反应机理如图2所示。

图2　亮蓝的可逆变色机理

2　实验仪器与试剂

紫外分光光度计(Hitachi，U3900)，10 mL带有螺旋盖玻璃瓶，石英荧光比色皿，一次性塑料吸管(3 mL)，氢氧化钠溶液(3 mol/L)，佳得乐运动饮料(蓝莓风味，百事@，上海)，蓝色糖果(购自淘宝网，乐味@，北京)。

3　实验设计

将氢氧化钠溶液和含有亮蓝和还原剂的食品放入10 mL带有螺旋盖玻璃小瓶中，使溶解后溶液的总体积为3～5 mL，在玻璃瓶内留有足够的空间，以使之后进行振荡反应时能让溶液和氧气在顶部空间内充分搅拌。摇动玻璃瓶，使亮蓝均匀分布到整个溶液中并与还原剂进行反应，亮蓝分子很快被还原成无色染料分子，根据原料不同，历时大约几秒钟到几分钟不等。此时再次振荡含有无色染料分子的溶液，使其和空气充分混合，将氧气再次溶解进入溶液中，将被还原的亮蓝染料再次从无色氧化成蓝色。在玻璃瓶中这种蓝色褪色至无色再通过振荡恢复至蓝色的过程可以多次循环重复。虽然在每个周期中，颜色会迅速褪去，但是很难褪色至完全无色，并且随着循环次数的增加，溶液最终仅能褪色到某个程度而不能被完全褪为无色。经过多次试验发现，在我们设计的实验条件下，溶液的颜色随着循环次数的增加最终变成淡黄色。“蓝瓶子”实验在采用传统的亚甲基蓝进行实验时也会发生这个问题。这种黄色产生的可能原因是反应原料中含有糖类物质，在反复的氧化还原过程中，葡萄糖会转变成5-羟甲基糠醛或聚合成焦糖的类似物[5]。

为了更好的说明这个实验，下面分别以含有亮蓝的饮料和糖果说明实验的具体步骤。

3.1饮料实验

饮料选用市售的蓝色佳得乐运动饮料。取等量的佳得乐饮料和氢氧化钠1.5 mL加入到10 mL的玻璃瓶中。采用上述方法通过肉眼观察溶液的颜色变化。为了更好的说明溶液颜色由蓝色到无色之间的可逆转变，下面采用紫外分光光度计(Hitachi，U3900)测得了溶液的吸光度和时间的依赖关系，见图3。具体实验步骤如下：将1.5 mL的佳得乐饮料和1.5 mL的NaOH溶液分别加入带盖的石英荧光比色皿中。将上述石英比色皿置于仪器中，采用动力学模式进行扫描，采集635 nm处的光学信号。当每次该溶液的吸光度接近零的时候，用一次性塑料吸管缓慢鼓入空气，通过这种方式重新引入氧气和还原性亮蓝混合物进行混合，从而可以引发下一个循环。从图3中可以清晰的观察到，随着循环次数的增加，在635 nm处的吸光度逐渐降低，而且每次循环的时间间隔也相应变短。图4即为每次循环溶液在氧化态和还原态下的不同颜色。

图3　佳得乐和NaOH混合液在635 nm处的时间-吸光度曲线

图4　佳得乐和NaOH混合液振荡反应周期中的颜色对比

3.2糖果实验

在本实验中选用的是蓝色的糖果。将糖果压碎，称取0.5 g，溶于5 mL的水中。然后取1.5 mL的上述溶液和1.5 mL的NaOH溶液加入标准石英比色皿中，混合后置于紫外分光光度计。具体的测量方法和实验结果与含有亮蓝染料的饮料实验相同。

4　结　语

采用亮蓝取代了传统的亚甲基蓝染料在“蓝瓶子”实验中的应用，用紫外分光光度法测得了溶液的吸光度和时间的依赖关系。与传统实验相比较，由于使用的实验原料是市售的糖果或饮料，在加深学生对氧化还原反应原理理解的同时消除了食品添加剂在食品中的神秘感，激发了学生的学习和探知的欲望。

[1]毛秋平,梁向晖,钟伟强.核磁共振仪用于教学实验的探索[J].广州化工,2015,43(7):154-156.

[2]胡佳.构建仪器分析的高效课堂[J].广东化工,2010,37(12):190-192.

[3]熊言林,王闯.蓝瓶子实验最佳反应条件的探究[J].化学教学,2010,10,16-18.

[4]崔雷,田振然.基于社会需求和学生兴趣的有机化学实验设计[J].广东化工,2014,42(4):160-161.

[5]陆海燕.葡萄糖溶液放置变色现象的探究[J].化学教学,2012,12,51-53.

Application of Brilliant Blue Instead of Methylene Blue in the Blue Bottle Experiment

GUYing-ying,CUILei

(College of Science，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China)

Erioglaucine disodium salt can be used instead of methylene blue in the classic blue bottle experiment demonstration. Food items containing brilliant blue and reducing species such as sugars or vitamin C can therefore be used at the heart of this demonstration, which simply requires the addition of strong base such as sodium hydroxide. The use of foods in experiments can greatly enhance students’ interest and improve the understanding of food chemistry.

blue bottle; brilliant blue; food additives; experimental design; teaching reform

顾颖颖(1976-)，女，博士，主要从事有机小分子催化材料的研究。

崔雷(1984-) ，男，博士，主要从事荧光探针的设计与合成。

G642

A

1001-9677(2016)03-0198-02