脂质分析如何解开古老的饮食习惯和烹饪习惯

古代陶器中脂质残留物的色谱和化合物特定同位素分析揭示了很多关于古代饮食习惯和烹饪习惯的信息。 在过去的二十年里，这项技术已成功地用于解开世界上几个考古遗址的古代饮食习惯。 研究人员最近将这项技术应用于从印度河流域文明的多个考古遗址收集的陶器。 关键的科学发现是烹饪容器中的非反刍动物脂肪占主导地位，这意味着非反刍动物（如马、猪、家禽、家禽、兔子等）在容器中被长时间烹饪。 这与长期以来的观点（基于动物学证据）相矛盾，即反刍动物（如牛、水牛、鹿等）被印度河流域的人们作为食物食用。  

上个世纪重要遗址的考古发掘提供了大量有关古代人的文化和习俗的信息。 然而，了解在没有书面记录的古代史前社会中普遍存在的饮食和生存习惯曾经是一项艰巨的任务，因为由于食物和生物分子几乎完全自然降解，构成“食物”的东西已经不多了。 在过去的二十年里，色谱的标准化学技术和碳稳定同位素比率的化合物特异性分析在考古研究中取得了进展，使研究人员能够查明脂质的来源。 因此，使用基于 δ13C 和 Δ13C 值的吸收食物残留物的分子和同位素分析来研究饮食和生存实践已成为可能。  

植物是食物的主要生产者。 大多数植物利用C3光合作用来固定碳，因此被称为C3植物。 小麦、大麦、水稻、燕麦、黑麦、豇豆、木薯、大豆等是主要的C3植物。 它们构成了人类的主食。 另一方面，C4 植物（如玉米、甘蔗、小米和高粱）使用 C4 光合作用进行碳固定。  

碳有两种稳定同位素，C-12 和 C-13（第三种同位素 C-14，不稳定，因此具有放射性，可用于有机考古发现的年代测定）。 在这两种稳定同位素中，较轻的 C-12 优先被光合作用吸收。 光合作用不是普遍的； 它有利于固定 C-12。 此外，C3 植物比 C12 植物吸收更轻的 C-4 同位素。 C3 和 C4 植物都区分较重的 C-13 同位素，但 C4 植物的区分不如 C3 植物严重。 反过来说，在光合作用中，C3 和 C4 植物比 C-12 更喜欢 C-13 同位素，但 C3 植物比 C12 植物更喜欢 C-4。 这导致 C3 和 C4 植物以及以 C3 和 C4 植物为食的动物中碳的稳定同位素比率的差异。 以 C3 植物为食的动物比以 C4 植物为食的动物具有更多的轻同位素，这意味着同位素比较轻的脂质分子更有可能源自以 C3 植物为食的动物。 这是脂质（或任何其他生物分子）的化合物特异性同位素分析的概念基础，有助于识别陶器中脂质残留物的来源。 简而言之，C3 和 C4 植物具有不同的碳同位素比率。 C13 植物的 δ3C 值在 -30 和 -23‰ 之间较轻，而对于 C4 植物，该值在 -14 和 -12‰ 之间。 

从陶器样品中提取脂质残留物后，第一个关键步骤是使用气相色谱-质谱 (GC-MS) 技术分离不同的脂质成分。 这给出了样品的脂质色谱图。 脂质会随着时间的推移而降解，因此我们通常在古代样本中发现的是脂肪酸 (FA)，尤其是棕榈酸 (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，但不能提供有关脂肪酸来源的信息。 需要进一步确定古代炊具中鉴定的特定脂肪酸是否来自乳制品或动物肉或植物。 陶器中的脂肪酸残留取决于古代器皿中的烹调方法。 

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，当对英国威尔士边境地区的考古遗址的研究可以明确区分来自非反刍动物（例如猪）的脂肪和反刍动物（例如，绵羊或牛）来源¹. 这种方法可以为公元前五千年在绿色的撒哈拉非洲首次出现乳制品提供确凿的证据。 北非当时植被茂盛，史前的撒哈拉非洲人采用了奶牛养殖方式。 这是根据陶器中鉴定的乳脂中主要链烷酸的 δ13C 和 Δ13C 值得出的结论². 类似的分析为东非牧区新石器时代社会的乳制品加工和消费提供了最早的直接证据³ 而在中国北方的铁器时代早期⁴. 

在南亚，驯化的证据可以追溯到 7^th 公元前千年。 由 4^th 公元前千年，牛、水牛、山羊、绵羊等驯养动物出现在印度河流域的各个地点。 有人建议在乳制品和肉类食品中使用这些动物，但没有确凿的科学证据支持这一观点。 从印度河谷定居点收集的陶瓷碎片中提取的脂质残留物的稳定同位素分析提供了南亚乳制品加工的最早直接证据⁵. 在最近的另一项更详细、更系统的研究中，研究人员对从多个印度河谷地点收集的罐子碎片中的脂质残留物进行了研究，他们试图确定容器中使用的食品类型。 同位素分析证实在容器中使用了动物脂肪。 关键的科学发现是烹饪容器中的非反刍动物脂肪占主导地位⁶ 暗示非反刍动物（如马、猪、家禽、家禽、兔子等）在容器中长时间烹饪并作为食物食用。 这与长期以来的观点（基于动物学证据）相矛盾，即反刍动物（如牛、水牛、鹿、山羊等）被印度河流域的人们作为食物食用。  

当地现代参考脂肪的不可用以及植物和动物产品混合的可能性是本研究的局限性。 为了克服植物和动物产品混合可能产生的影响，并从整体角度来看，淀粉粒分析被纳入脂质残留分析。 这支持在容器中烹饪植物、谷物、豆类等。 这有助于克服一些限制⁷. 

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参考文献：  

1. 达德 SN 等 1999. 基于保存在表面和吸收残留物中的脂质，不同史前陶器传统中动物产品开发模式的不同证据。 考古科学杂志。 第 26 卷，第 12 期，1999 年 1473 月，第 1482-XNUMX 页。 DOI： https://doi.org/10.1006/jasc.1998.0434 

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 

4. 韩B., 等 2021. 瑞州刘家洼遗址（华北早期铁器时代）陶瓷器皿的脂质残留分析。 第四纪科学杂志 (2022)37(1) 114–122。 DOI： https://doi.org/10.1002/jqs.3377 

5. Chakraborty，堪萨斯州，斯莱特，GF，米勒，H.ML。 等。 脂质残留物的化合物特异性同位素分析为南亚乳制品加工提供了最早的直接证据。 科学代表 10, 16095 (2020)。 https://doi.org/10.1038/s41598-020-72963-y 

6. Suryanarayan A., 等 2021. 印度西北部印度河文明陶器中的脂质残留物。 考古科学杂志。 第 125 卷，第 2021,105291 卷，第 XNUMX 卷。 DOI：https://doi.org/10.1016/j.jas.2020.105291 

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  

1. 伊尔托 A., 等 2022. 考古陶器中的脂质：对其采样和提取技术的回顾。 分子 2022, 27(11), 3451; DOI： https://doi.org/10.3390/molecules27113451 

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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