Kako analize lipida otkrivaju drevne prehrambene navike i kulinarske prakse

Kromatografija i analiza specifičnih izotopa spojeva lipidnih ostataka u drevnoj keramici govore mnogo o antici hrana navike i kulinarski postupci. U posljednja dva desetljeća ova se tehnika uspješno koristi za otkrivanje drevnih hrana prakse nekoliko arheoloških nalazišta u svijetu. Istraživači su nedavno primijenili ovu tehniku ​​na keramiku prikupljenu s više arheoloških nalazišta civilizacije doline Inda. Ključno znanstveno otkriće bila je dominacija masti nepreživača u posudama za kuhanje, što znači da su se životinje koje nisu preživači (kao što su konji, svinje, perad, perad, kunići itd.) kuhale u posudama tijekom dugog razdoblja. Ovo je u suprotnosti s dugotrajnim mišljenjem (temeljenim na dokazima faune) da su preživači (kao što su goveda, bivoli, jeleni, itd.) konzumirani kao hrana ljudi iz doline Inda.  

Arheološka iskapanja važnih lokacija u prošlom stoljeću pružila su mnogo informacija o kulturi i običajima drevnih ljudi. Međutim, razumijevanje prehrane i načina preživljavanja koji su prevladavali u drevnim prapovijesnim društvima bez pisanih zapisa nekada je bio težak zadatak jer nije ostalo mnogo od onoga što je činilo 'hranu' zbog gotovo potpune prirodne degradacije hrana i biomolekule. U posljednja dva desetljeća, standardne kemijske tehnike kromatografije i specifične analize spojeva omjera stabilnih izotopa ugljika napredovale su u arheološkim studijama omogućujući istraživačima da precizno odrede izvore lipida. Kao rezultat toga, postalo je moguće istražiti način prehrane i preživljavanja korištenjem molekularne i izotopske analize apsorbiranih ostataka hrane na temelju vrijednosti δ13C i Δ13C.  

Biljke su primarni proizvođači hrane. Većina biljaka koristi C3 fotosintezu za fiksiranje ugljika, stoga se nazivaju C3 biljke. Pšenica, ječam, riža, zob, raž, crni grah, kasava, soja itd. glavne su C3 biljke. Oni čine spajalicu hrana čovječanstva. C4 biljke (poput kukuruza, šećerne trske, prosa i sirka) s druge strane koriste fotosintezu C4 za fiksaciju ugljika.  

Ugljik ima dva stabilna izotopa, C-12 i C-13 (treći izotop C-14, nestabilan je stoga radioaktivan i koristi se za datiranje organski arheološki nalazi). Od dva stabilna izotopa, lakši C-12 se preferirano preuzima u fotosintezi. Fotosinteza nije univerzalna; pogoduje fiksaciji C-12. Nadalje, C3 biljke uzimaju lakši C-12 izotop više od C4 biljaka. I C3 i C4 biljke diskriminiraju teži izotop C-13, ali C4 biljke ne razlikuju tako jako kao C3 biljke. Suprotno rečeno, u fotosintezi i C3 i C4 biljke favoriziraju izotop C-12 u odnosu na C-13, ali C3 biljke favoriziraju C-12 više nego C4 biljke. To rezultira razlikama u omjeru stabilnih izotopa ugljika u C3 i C4 biljkama i životinjama koje se hrane C3 i C4 biljkama. Životinja hranjena C3 biljkama imat će više lakših izotopa nego životinja hranjena C4 biljkama, što znači da je vjerojatnije da molekula lipida s lakšim omjerom izotopa potječe od životinje hranjene C3 biljkama. Ovo je konceptualna osnova analize specifičnih izotopa spojeva lipida (ili bilo koje druge biomolekule što se toga tiče) koja pomaže u identificiranju izvora ostataka lipida u keramici. Ukratko, biljke C3 i C4 imaju različite omjere izotopa ugljika. Vrijednost δ13C za C3 biljke je niža između -30 i -23‰ dok je za C4 biljke ova vrijednost između -14 i -12‰. 

Nakon ekstrakcije lipidnih ostataka iz uzoraka keramike, prvi ključni korak je odvajanje različitih lipidnih sastojaka tehnikom plinske kromatografije-masene spektrometrije (GC-MS). To daje lipidni kromatogram uzorka. Lipidi se s vremenom razgrađuju pa ono što obično nalazimo u starim uzorcima su masne kiseline (FA), posebno palmitinska kiselina (C₁₆) i stearinska kiselina (C₁₈). Dakle, ova tehnika kemijske analize pomaže u identifikaciji masnih kiselina u uzorku, ali ne daje informacije o podrijetlu masnih kiselina. Potrebno je dodatno utvrditi je li određena masna kiselina identificirana u drevnoj posudi za kuhanje potjecala iz mliječnih proizvoda ili životinjskog mesa ili biljaka. Ostaci masnih kiselina u posudama ovise o tome što se u davnim vremenima kuhalo u posudi. 

Biljke C3 i C4 imaju različite omjere stabilnih izotopa ugljika zbog preferencijalnog unosa lakšeg izotopa C12 tijekom fotosinteze. Slično tome, životinje hranjene C3 i C4 biljkama imaju različite omjere, na primjer, domaća goveda (preživači poput krava i bivola) hranjena hranom C4 (kao što je proso) imat će drugačiji omjer izotopa od manjih domaćih životinja poput koza, ovaca i svinje koje obično pasu i uspijevaju na biljkama C3. Nadalje, mliječni proizvodi i meso dobiveni od goveda preživača imaju različite omjere izotopa zbog razlika u sintezi masti u njihovoj mliječnoj žlijezdi i masnom tkivu. Utvrđivanje podrijetla određene ranije identificirane masne kiseline vrši se analizom omjera stabilnih izotopa ugljika. Tehnika masene spektrometrije plinske kromatografije-izgaranja-omjera izotopa (GC-C-IRMS) koristi se za analizu omjera izotopa identificiranih masnih kiselina.   

Važnost analize omjera stabilnih izotopa ugljika u lipidnim ostacima u arheološkim studijama pretpovijesnih nalazišta pokazana je 1999. godine kada je studija arheološkog nalazišta u Welsh Borderlands, UK, mogla napraviti jasnu razliku između masti nepreživača (npr. svinja) i podrijetlom od preživača (npr. ovaca ili goveda).¹. Ovaj bi pristup mogao pružiti uvjerljiv dokaz prve proizvodnje mlijeka u zelenoj Saharskoj Africi u petom tisućljeću pr. Sjeverna Afrika tada je bila zelena od vegetacije i pretpovijesni saharski afrički ljudi usvojili su praksu proizvodnje mlijeka. To je zaključeno na temelju vrijednosti δ13C i Δ13C glavnih alkanskih kiselina mliječne masti identificiranih u keramičkim posudama². Slične analize pružile su najranije izravne dokaze o preradi i konzumaciji mliječnih proizvoda u pastirskim neolitskim društvima u istočnoj Africi³ i u ranom željeznom dobu, sjeverna Kina⁴. 

U južnoj Aziji, dokazi o pripitomljavanju datiraju iz 7^th tisućljeće pr. do 4^th tisućljeća prije Krista, pripitomljene životinje poput goveda, bivola, koza, ovaca itd. bile su prisutne na raznim mjestima u dolini Inda. Bilo je sugestija o korištenju ovih životinja u hrani za mlijeko i meso, ali nije bilo uvjerljivih znanstvenih dokaza koji bi poduprli to gledište. Analiza stabilnog izotopa lipidnog ostatka ekstrahiranog iz keramičkih komadića prikupljenih iz Dolina Inda naselja pružaju najranije izravne dokaze o preradi mlijeka u južnoj Aziji⁵. U još jednoj nedavnoj, detaljnijoj, sustavnoj studiji ostataka lipida iz fragmenata posuda prikupljenih s više lokacija u dolini Inda, istraživači su pokušali utvrditi vrstu namirnica korištenih u posudama. Analiza izotopa potvrdila je upotrebu životinjskih masti u posudama. Ključno znanstveno otkriće bila je dominacija masti nepreživača u posudama za kuhanje⁶ što podrazumijeva životinje koje nisu preživači (kao što su konj, svinja, perad, perad, kunić, itd.) kuhane su u posudama tijekom dugog razdoblja i konzumirane kao hrana. Ovo je u suprotnosti s dugotrajnim mišljenjem (temeljenim na dokazima faune) da su preživače (kao što su goveda, goveda, bivoli, jeleni, koze itd.) ljudi iz doline Inda jeli kao hranu.  

Nedostupnost lokalnih suvremenih referentnih masti i mogućnost miješanja biljnih i životinjskih proizvoda ograničenja su ove studije. Kako bi se prevladali mogući učinci koji proizlaze iz miješanja biljnih i životinjskih proizvoda, te za holistički pogled, analiza škrobnih zrna uključena je u analizu ostataka lipida. Ovo je podržavalo kuhanje biljaka, žitarica, mahunarki itd. u posudi. Ovo pomaže u prevladavanju nekih ograničenja⁷. 

*** 

Reference:  

1. Dudd SN dr. 1999. Dokazi za različite obrasce iskorištavanja životinjskih proizvoda u različitim pretpovijesnim tradicijama keramike na temelju lipida sačuvanih na površini i apsorbiranih ostataka. Vjesnik za arheološke znanosti. Svezak 26, broj 12, prosinac 1999., stranice 1473-1482. DOI: https://doi.org/10.1006/jasc.1998.0434 

2. Dunne, J., Evershed, R., Salque, M. i sur. Prva proizvodnja mlijeka u zelenoj Saharskoj Africi u petom tisućljeću pr. Nature 486, 390–394 (2012). DOI: https://doi.org/10.1038/nature11186 

3. Grillo KM et al 2020. Molekularni i izotopski dokazi za mlijeko, meso i biljke u pretpovijesnim stočarskim sustavima ishrane istočne Afrike. PNAS. 117 (18) 9793-9799. Objavljeno 13. travnja 2020. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1920309117 

4. Han B., dr. 2021. Analiza lipidnih ostataka keramičkih posuda s nalazišta Liujiawa u RuiStateu (starije željezno doba, sjeverna Kina). Journal of Quaternary Science (2022) 37 (1) 114–122. DOI: https://doi.org/10.1002/jqs.3377 

5. Chakraborty, KS, Slater, GF, Miller, H.ML. et al. Analiza lipidnih ostataka specifičnih izotopa spojeva pruža najranije izravne dokaze o preradi mliječnih proizvoda u Južnoj Aziji. Sci Rep 10, 16095 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-72963-y 

6. Suryanarayan A., dr. 2021. Ostaci lipida u keramici iz civilizacije Inda u sjeverozapadnoj Indiji. Vjesnik za arheološke znanosti. Svezak 125, 2021,105291, XNUMX. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jas.2020.105291 

7. García-Granero Juan José, dr. 2022. Integriranje analiza zrna lipida i škroba iz keramičkih posuda za istraživanje pretpovijesnih prehrambenih putova u sjevernom Gujaratu, Indija. Granice u ekologiji i evoluciji, 16. ožujka 2022. Sec. Paleontologija . DOI: https://doi.org/10.3389/fevo.2022.840199 

Bibliografija  

1. Irto A., dr. 2022. Lipidi u arheološkoj keramici: pregled tehnika uzimanja uzoraka i ekstrakcije. Molecules 2022, 27(11), 3451; DOI: https://doi.org/10.3390/molecules27113451 

2. Suryanarayan, A. 2020. Što se kuha u civilizaciji Inda? Istraživanje induske hrane analizom keramičkih lipidnih ostataka (doktorski rad). Sveučilište u Cambridgeu. DOI: https://doi.org/10.17863/CAM.50249 

3. Suryanarayan, A. 2021. Predavanje – Ostaci lipida u keramici iz civilizacije Inda. Dostupno u https://www.youtube.com/watch?v=otgXY5_1zVo 

***