脂质分析如何解开古老的饮食习惯和烹饪习惯

对古代陶器中脂质残留物进行色谱分析和化合物特异性同位素分析，可以揭示古代饮食习惯和烹饪方式的诸多信息。近二十年来，这项技术已成功应用于世界各地多个考古遗址，揭示了古代的饮食习俗。近期，研究人员将这项技术应用于从印度河流域文明多个考古遗址出土的陶器。关键的科学发现是，烹饪器皿中非反刍动物脂肪占主导地位，这表明这些器皿曾长期用于烹饪非反刍动物（如马、猪、家禽、家禽、家兔等）。这与长期以来基于动物遗骸证据的观点相悖，后者认为印度河流域居民食用的是反刍动物（如牛、水牛、鹿等）。

上个世纪对重要遗址的考古发掘提供了大量关于古代人类文化和习俗的信息。然而，由于食物和生物分子几乎完全自然降解，导致构成“食物”的物质所剩无几，因此，了解没有文字记录的史前古代社会的饮食和生存方式曾是一项艰巨的任务。近二十年来，色谱法和碳稳定同位素比值化合物特异性分析等标准化学技术在考古研究中取得了突破性进展，使研究人员能够精确定位脂质来源。因此，利用基于δ13C和Δ13C值的吸附食物残留物的分子和同位素分析来研究饮食和生存方式已成为可能。

植物是食物的主要生产者。大多数植物利用C3光合作用固定碳，因此被称为C3植物。小麦、大麦、水稻、燕麦、黑麦、豇豆、木薯、大豆等都是主要的C3植物，它们是人类的主食。另一方面，C4植物（例如玉米、甘蔗、小米和高粱）则利用C4光合作用固定碳。

碳有两种稳定的同位素：碳-12 和碳-13（第三种同位素碳-14 不稳定，因此具有放射性，用于测定有机考古发现的年代）。在两种稳定的同位素中，较轻的碳-12 更容易被光合作用吸收。光合作用并非普遍进行，它更倾向于固定碳-12。此外，C3 植物比 C4 植物吸收更多的较轻的碳-12 同位素。C3 和 C4 植物都排斥较重的碳-13 同位素，但 C4 植物的排斥程度不如 C3 植物。换句话说，在光合作用中，C3 和 C4 植物都更倾向于碳-12 同位素而非碳-13，但 C3 植物更倾向于碳-12。这导致 C3 和 C4 植物以及以 C3 和 C4 植物为食的动物体内碳稳定同位素的比例存在差异。以C3植物为食的动物体内较轻的碳同位素比以C4植物为食的动物体内较轻的碳同位素更多，这意味着同位素比例较轻的脂质分子更有可能来源于以C3植物为食的动物。这是化合物特异性同位素分析（用于分析脂质或其他生物分子）的理论基础，该分析有助于识别陶器中脂质残留物的来源。简而言之，C3和C4植物的碳同位素比例不同。C3植物的δ13C值较轻，介于-30‰至-23‰之间，而C4植物的δ4C值介于-14‰至-12‰之间。

从陶器样品中提取脂质残留物后，关键的第一步是利用气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术分离不同的脂质成分。这可以得到样品的脂质色谱图。脂质会随时间降解，因此我们在古代样品中通常发现的是脂肪酸（FA），特别是棕榈酸（C16 _）和硬脂酸（C18 _）。因此，这种化学分析技术有助于鉴定样品中的脂肪酸，但无法提供脂肪酸的来源信息。还需要进一步确定在古代炊具中鉴定出的特定脂肪酸是来源于乳制品、动物肉类还是植物。陶器中的脂肪酸残留取决于古代用该陶器烹饪的食物种类。

由于在光合作用过程中优先吸收较轻的 C3 同位素，C4 和 C12 植物具有不同比例的碳稳定同位素。 同样，以 C3 和 C4 植物为食的动物具有不同的比例，例如以 C4 食物（如小米）为食的家养牛（如牛和水牛等反刍动物）与山羊、绵羊等较小的家养动物具有不同的同位素比例和通常在 C3 植物上吃草和茁壮成长的猪。 此外，源自反刍牛的乳制品和肉类由于其乳腺和脂肪组织中脂肪合成的差异而具有不同的同位素比率。 通过分析碳的稳定同位素比率来确定先前确定的特定脂肪酸的来源。 气相色谱-燃烧-同位素比质谱 (GC-C-IRMS) 技术用于分析已鉴定脂肪酸的同位素比值。   

1999年，一项针对英国威尔士边境地区考古遗址的研究证实了脂质残留物中稳定碳同位素比值分析在史前遗址考古研究中的重要性。该研究能够清晰区分非反刍动物（例如猪）和反刍动物（例如绵羊或牛）来源的脂肪^¹。这种方法为公元前五千年撒哈拉非洲绿色地带的人类首次从事乳制品生产提供了确凿证据。当时的北非植被茂盛，史前撒哈拉非洲人已经掌握了乳制品生产技术。这一结论是基于陶器中鉴定出的乳脂主要烷酸的δ¹³C和Δ¹³C值^²得出的。类似的分析也为东非^³和中国北方早期铁器时代^⁴的游牧新石器时代社会加工和消费乳制品提供了最早的直接证据。

在南亚，驯化的证据可以追溯到公元前7^千年。到公元前4^千年，牛、水牛、山羊、绵羊等家畜已遍布印度河流域的各个遗址。有观点认为这些动物被用于制作乳制品和肉类，但缺乏确凿的科学证据支持这一观点。对从印度河流域聚落遗址收集的陶片中提取的脂质残留物进行稳定同位素分析，提供了南亚最早的乳制品加工直接证据^⁵。在另一项近期更为详尽、系统的研究中，研究人员分析了从多个印度河流域遗址收集的陶片中的脂质残留物，试图确定这些器皿中盛放的食物类型。同位素分析证实了器皿中动物脂肪的使用。一项关键的科学发现是，烹饪器皿中非反刍动物脂肪占主导地位^⁶，这意味着非反刍动物（如马、猪、家禽、家禽、兔子等）长期被烹煮并作为食物食用。这与长期以来人们（基于动物证据）的观点相矛盾，即印度河流域的人们食用反刍动物（如牛、水牛、鹿、山羊等）。

本研究的局限性在于缺乏本地现代参考脂肪，以及动植物产品可能混合。为了克服动植物产品混合可能产生的影响，并获得更全面的视角，本研究将淀粉粒分析纳入脂质残留分析中。这支持了在容器中烹煮植物、谷物、豆类等的可能性。这有助于克服一些局限性^⁷。

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参考文献：  

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2. Dunne, J., Evershed, R., Salque, M. 等。 公元前五千年，在绿色的撒哈拉非洲建立了第一家乳制品厂。 自然 486, 390–394 (2012)。 DOI： https://doi.org/10.1038/nature11186 

3. 格里罗 KM 等 al 2020. 史前东非牧民食品系统中牛奶、肉类和植物的分子和同位素证据。 美国国家航空航天局。 117 (18) 9793-9799。 发表于 13 年 2020 月 XNUMX 日。DOI： https://doi.org/10.1073/pnas.1920309117 

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7. 加西亚-格拉内罗胡安·何塞， 等 2022. 整合陶器中的脂质和淀粉粒分析，探索印度古吉拉特邦北部的史前美食。 生态与进化前沿，16 年 2022 月 XNUMX 日。 古生物学。 DOI： https://doi.org/10.3389/fevo.2022.840199 

参考书目  

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2. Suryanarayan, A. 2020。印度河文明在做什么？ 通过陶瓷脂质残留分析研究梧桐食品（博士论文）。 剑桥大学。 DOI： https://doi.org/10.17863/CAM.50249 

3. Suryanarayan, A. 2021。讲座——印度河文明陶器中的脂质残留物。 可在 https://www.youtube.com/watch?v=otgXY5_1zVo 

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