中科大考古學概論-食譜分析二

1、食譜分析食譜分析 （A） 人體骨骼人體骨骼 骨骼化學成分骨骼化學成分提供了一條直接的分析人類個體食譜和營養(yǎng)狀況的途徑,碳氮同位素和微量元素鍶、鋇、鎂等已經(jīng)被廣泛用于古食譜研究。骨原里穩(wěn)定的氮、硫、碳同位素可以反映食譜中海生/陸生食物的比例,而骨礦物質(zhì)中的鍶鈣比例和堿性金屬鎂、鍶、鋇的含量可以反映食譜里肉食/植食,海生/陸生食物的比率. 在考古學、生物人類學和古生物學中,利用骨化學進行古食譜研究已變得十分流行。不同元素和氨基酸經(jīng)過食物融入骨質(zhì)、膠原質(zhì)和非膠原質(zhì)的骨蛋白里,因此骨骼化學成分往往集中反映了所攝食譜成分的構成和比例。將骨骼化學成分和古食譜的化學成分結合起來分析,可以從骨頭以及牙齒的有機

2、、無機物中提煉有關古人類長期飲食結構和食物產(chǎn)地的信息。 在分子水平上，骨基質(zhì)主要包括有機成分（約占35%）和無機成分（約占65%）。有機基質(zhì)由膠原蛋白和糖蛋白構成； 無機成分主要有羥基磷灰石、陽離子（鈣、鎂、鈉、鉀和鍶）和陰離子（ 磷和氯化物等）。無機基質(zhì)中鈣提供骨骼硬度和壓力，有機基質(zhì)中的膠原纖維提供支撐和張力。 羥基磷灰石，又稱羥磷灰石，是鈣磷灰石Ca5(PO4)3(OH)的自然礦物化。但是經(jīng)常被寫成Ca10(PO4)6(OH)2的形式以突出它是由兩部分組成的：羥基與磷灰石。OH-基能被氟化物、氯化物和碳酸根離子代替，生成氟基磷灰石或氯基磷灰石。 羥基磷灰石是脊椎動物骨骼和牙齒的主要組成，

3、人的牙釉質(zhì)中羥基磷灰石的含量在96%以上。 隨后人體骨骼中的鍶含量也引起人們的注意,鍶是一種包含于骨中的微量元素,亦能提供關于食譜的信息。雖然生物機制中關于微量元素作用的研究于20世紀初才開始,但僅僅在40年的時間里,微量元素的重要性已經(jīng)為世人所公認。 人們之所以對骨骼中的微量元素感興趣,是因為它們的含量在很大程度上和攝取的食物密切相關。人體的98%是由氧、碳、氮、鈣、磷(按總的百分比遞減排列)組成,其它2%由重要但含量較少的鉀、硫、鈉、鎂、鐵等元素組成。 微量元素被定義為那些在人體內(nèi)含量少于0. 01%的元素。阿農(nóng)(DArnon)和斯托特(PRStout)認為微量元素必須符合下列標準: 1某

4、種微量元素的缺乏會造成生物無法完成其生命循環(huán)中的生長階段或繁殖階段; 2當這些微量元素得到補充時可以調(diào)整或防止上述情況; 3除了它可能因一些外部的微生物或化學條件起調(diào)整作用外,此微量元素是直接包含于植物或動物的營養(yǎng)物質(zhì)中。 正常成人肋骨的化學成分 成分 %SD 骨骼 骨灰 PO4 34.450.52 51.490.93 Ca 25.680.30 38.390.24 CO3 5.690.23 8.500.33 Citrate 1.160.12 1.730.17 Na 0.640.05 0.960.08 Mg 0.340.05 0.500.08 CI 0.130.02 0.200.02 K 0.0

5、40.01 0.060.02 Sr 0.019 0.029 微量元素對古食譜的重要性在于指示了骨骼中某種特定微量元素的積累,由此反映了從各種食物和水資源中所攝取的元素的數(shù)量和比例。研究發(fā)現(xiàn),一些微量元素主要存在于植物中,而另一些微量元素在動物體中聚集得更多。以不同微量元素為基礎,可以估計出食譜以肉類食物為主還是以植物食物為主。 鋅、銅、鉬和硒主要和動物蛋白質(zhì)聯(lián)系在一起; 鍶、錳、鎂、鎳等一般大量地存在于植物中。 某些以特定食物為生的動物往往可以在其骨骼中發(fā)現(xiàn)有相似的含量。 每一百萬單位谷粒、蔬菜、肉和堅果的元素平均每一百萬單位谷粒、蔬菜、肉和堅果的元素平均含量含量微量元素 谷粒和谷類 蔬菜a

6、肉b 堅果錳 700 250 020 1700銅 200 120 390 1480鋅 177 600 3060 3400鍶 300 190 200 6000釩 110 160 - 071鉆 043 014 022 047鉬 179 051 482 -硒 015 - 092 -鎂 80500 30700 26700 197000 a 蔬菜包括塊莖、豆類、多葉植物。 b 肉包括魚和貝類。-表示缺乏充分的材料。 把微量元素用作食譜指示劑有兩種基本的方法。其一是分析骨骼中鍶或鍶鈣比率。這種方法的前提是建立在1965年圖思(JToots)和沃勒思(MR。Voorhies)研究的基礎上,他們對內(nèi)布拉斯加食

7、草動物化石中的鍶含量進行分析,提出食譜的不同造成了鍶含量的不同。 另一種方法是吉爾伯特(RIGilbert),布萊克利和貝克(RLBlakely,LABeck),蘭伯特(JALambert)等學者提出的運用一系列元素來辨別食譜希望通過此研究得出鋅和銅與動物蛋白質(zhì)的攝取聯(lián)系在一起,鍶、鎂、錳則與植物蛋白質(zhì)的攝取聯(lián)系在一起 骨中的鍶含量和鍶鈣的比率能決定: 1食譜中肉食和植食的比率; 2淡水貝類和海洋貝類的食用; 3嬰兒的斷奶年齡 許多研究都指明了食譜變化和社會差別之間的關系，骨中的鍶含量、鍶鈣比率和性別、死亡年齡、古病理、隨葬品、葬式的不同有關。 和食譜有關的骨內(nèi)元素的含量情況 食譜食譜 鍶鍶

8、鋇鋇 鎂鎂 鋅 草食動物 高 高 高 雜食動物 中等 中等 中等 低 肉食動物 低 低 低 中等 海生 高 低 高 高 陸生 低 高 低古人類骨骼中微量元素的分析及其與古代食譜的關聯(lián) 鍶含量及鍶鈣比率可作為判斷食譜是植食或肉食的指示劑;鋇是一種鋇是一種比鍶更靈敏的食譜指示劑比鍶更靈敏的食譜指示劑,它既可它既可判斷是植食或肉食判斷是植食或肉食;鋇鍶比值還可鋇鍶比值還可判斷海生食物和陸生食物的比例差判斷海生食物和陸生食物的比例差別別;鋅可作為判斷蛋白質(zhì)攝取量的鋅可作為判斷蛋白質(zhì)攝取量的指示劑指示劑。 選定合適的微量元素作指示劑,測定它在骨中的含量,根據(jù)所得信息重建古食譜。 相對于同位素分析,微量元

9、素分析具有指示靈活,技術簡便的優(yōu)點,其重要性越來越受到人們的重視。 采用等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS),選用Zn、Sr、Ba、Ca作為指示劑,對三峽地區(qū)及長江下游地區(qū)出土的古墓中的人體骨骼中的Zn、Sr、Ba、Ca進行測定,并根據(jù)其結果,對古人類食譜進行探討。 儀器和試劑儀器和試劑 PQ3型等離子體質(zhì)譜儀(英國VG Elemental公司);Shanghai MD 110-2電子天平(上海分析儀器廠); Unicam Solaar939原子吸收光譜儀(美國熱電公司). Zn、Sr、Ba、Ca標準儲備液濃度為1g/L,使用時用18.3M 去離子水稀釋到所需濃度.其余試劑都為優(yōu)級純. 樣品處理樣品

10、處理取一段骨樣,用小刀清除附于骨樣內(nèi)外的污染物,再用乙醚和乙醇清洗3遍,再用去離子水超聲清洗3次,每次1h,洗凈的樣品置于干燥箱中,80oC條件下干燥24h.稱取干燥樣品0.4000.500g,放于坩堝中,馬弗爐500oC條件下灰化18h。接著用5ml HCL和5ml HNO3加熱溶解樣品,定容50ml.同時配制空白溶液. ICP-MS分析 樣品稀釋100倍,用標準加入法分析.儀器條為:Len4-40.8V,Len31.6V,Len22.1V, Collector-13.9V,Extraction-294V,P. B2.0V. Zn、Sr、Ba用脈沖方式檢測, Ca因含量較高,用模擬方式檢測.

11、樣品 Zn Sr Ba Ca Sr/Ca Ba/Sr (mg/g) (mg/g) (mg/g) (mg/g) (10-3) 三峽麻柳灣漢墓 0.13 0.25 0.36 339 0.74 1.44三峽麻柳灣漢墓 0.15 0.17 0.21 332 0.51 1.24三峽麻柳灣漢墓 0.13 0.19 0.21 328 0.58 1.10三峽糖坊漢墓 0.19 0.31 0.23 364 0.85 0.74三峽糖坊漢墓 0.36 0.37 0.35 353 1.05 0.94上海青浦崧澤新石器墓 0.55 0.32 0.045 332 0.96 0.14上海青浦福泉山漢墓 0.47 0.44

12、0.004 353 1.25 0上海青浦福泉山漢墓 1.01 0.35 0.044 369 0.95 0.13江蘇新沂花廳新石器墓 0.17 0.46 0.71 235 1.96 1.54 骨骼中的微量元素與其人生前的食譜有著密切的關系。例如,脊椎動物組織中大約99%Sr的被發(fā)現(xiàn)存在于骨骼中,因此,比起由蔬菜組成的食譜,由動動物肉組成的食譜中物肉組成的食譜中Sr含量很少含量很少,因此測量骨骼中Sr的含量以及Sr/Ca比率可為判斷食譜是植食或肉食提供指示標準。 在食物鏈中,從草食動物-雜食動物-肉食動物, Sr含量逐漸降低, Sr/Ca比率也逐漸降低。此外,海水相對于淡水，Sr/Ca比率明顯升高

13、。因此,海洋食物中的Sr/Ca比率應比淡水食物高。 然而由于在許多陸生標本中存在較高的Sr濃度,海生與陸生生物的Sr/Ca比經(jīng)常有重疊,因此在某些情況下,用Sr或Sr/Ca來判斷海生或陸生食譜會不準確,可采用Ba、Sr雙重指示劑來補充. Ba同Sr一樣,大約93%的Ba也沉積在骨骼中,因此肉食動物骨骼中Ba含量也比草食動物低得多。Burton等的研究表明海洋中的海洋中的Ba/Sr比率比陸地上低比率比陸地上低,由此區(qū)別依賴海生資源或陸生資源維生的人群。 作為食譜指示劑的另一個重要元素是Zn,因為Zn更多地聚集在動物體內(nèi)而不是植物中,所以一般肉食動物的鋅含量高于草食動物。但堅果中也存在較高的Zn，

14、因此在區(qū)分堅果和肉類食譜時,需采用Sr、Zn雙重指示劑。資料表明,堅果中Zn含量與肉類相近,但含量要高一個數(shù)量級以上。 三峽墓葬和長江下游墓葬的比較 (1)Sr/Ca值 從Sr/Ca值可看出,長江下游墓葬人骨中的Sr/Ca值高于三峽墓,在三峽地區(qū)的糖坊高于麻柳灣.Grupe曾對德國中世紀Schleswing地區(qū)人類骨骼的元素進行過分析,結果表明, Sr/Ca比值為0.532,而當時中歐地區(qū)人類的食物源是以植物為主,據(jù)此推測,三峽地區(qū)和長江下游地區(qū)的這些古人類當時都應以植食為主; (2)Zn的比較 從三峽墓葬和長江下游墓葬人骨中的Zn含量可看出,長江下游墓葬人骨中的Zn含量明顯高于三峽墓(西人殉

15、除外); 在三峽墓葬中糖坊地區(qū)高于麻柳灣地區(qū).結合Sr含量的變化,雖然也有同樣的趨勢,但其區(qū)別在同一數(shù)量級,由此推測,Zn含量的區(qū)別不可能是由堅果引起,應該跟蛋白質(zhì)的攝取量有關。這說明長江下游地區(qū)人的生活水平在新石器時代就高于三峽地區(qū),蛋白質(zhì)攝取量較多;糖坊地區(qū)的生活水平高于麻柳灣地區(qū); (3)Ba和Ba/Sr值 結果顯示,長江下游人骨Ba含量遠遠低于三峽人骨(西人殉除外), Sr含量稍高,結合Zn含量,可推測,長江下游當時農(nóng)業(yè)可能比較發(fā)達,從崧澤墓葬中出土的豬殘骨等資料看,當時可能已有了畜牧業(yè)。 從Ba/Sr值看,長江下游人的Ba/Sr遠低于三峽人(西人殉除外),由此可推測,由于長江下游這一帶是沿海地區(qū),人的肉食來源除了家養(yǎng)禽畜之外,可能很大部分還來自于海產(chǎn)品。同為三峽人,糖坊