Hogyan vizsgálja a lipideket az ősi étkezési szokások és kulináris gyakorlatok feltárása

Chromatography and compound specific isotope analysis of lipid remains in ancient pottery tell a lot about ancient élelmiszer habits and culinary practices. In the last two decades, this technique has successfully been employed to unravel ancient élelmiszer practices of several archaeological sites in the world. Researchers have applied this technique recently to the potteries collected from multiple archaeological sites of Indus Valley Civilisation. The key scientific finding was dominance of non-ruminant fats in the cooking vessels implying non-ruminant animals (such as horse, pigs, poultry, fowl, rabbit, etc) were cooked in the vessels over a long period. This contradicts the long held view (based on faunal evidence) that ruminant animals (such as cattle, buffalo, deer,etc) were consumed as élelmiszer by Indus Valley people.  

Archaeological excavations of important sites in the past century provided lot of information about the culture and practices of ancient people. However, understanding diet and subsistence practices prevalent in ancient prehistoric societies with no written records used to be an uphill task because not much of what constituted ‘food’ were left due to almost complete natural degradation of élelmiszer and biomolecules. In the last two decades, the standard chemical techniques of chromatography and compound specific analysis of the ratio of stable isotopes of carbon have made inroads in archaeological studies enabling researchers to pinpoint sources of lipids. As a result, it has become possible to investigate diet and subsistence practices using molecular and isotopic analyses of absorbed food residues based on the δ13C and Δ13C values.  

Plants are the primary producers of food. Most plants use C3 photosynthesis to fix carbon, hence are called C3 plants. Wheat, barley, rice, oats, rye, cowpea, cassava, soybean etc are the main C3 plants. They form the staple élelmiszer of mankind. C4 plants (such as corn, sugarcane, millet, and sorghum) on the other hand, use C4 photosynthesis for carbon fixation.  

Carbon has two stable isotopes, C-12 and C-13 (the third isotope C-14, is unstable hence radioactive and is used for dating organikus archaeological finds). Of the two stable isotopes, the lighter C-12 is preferentially taken up in photosynthesis. Photosynthesis is not universal; it favours fixation of C-12. Further, C3 plants take up lighter C-12 isotope more than C4 plants do. Both C3 and C4 plants discriminate against heavier C-13 isotope but C4 plants do not discriminate as heavily as C3 plants. Put conversely, in photosynthesis, both C3 and C4 plants favour C-12 isotope over C-13 but C3 plants favours C-12 more than C4 plants. This results in differences in ratio of stable isotopes of carbon in C3 and C4 plants and in animals that feed on C3 and C4 plants. An animal fed on C3 plants will have more of lighter isotopes than an animal fed on C4 plants meaning a lipid molecule with lighter isotope ratio is more likely to have originated from an animal fed on C3 plants. This is the conceptual basis of compound specific isotope analysis of lipid (or any other biomolecule for that matter) that helps in identifying sources of lipid residues in the pottery. In a nutshell, C3 and C4 plants have different carbon isotopic ratios. The δ13C value for C3 plants is lighter between −30 and −23‰ while for C4 plants this value is between −14 and −12‰. 

A fazekas mintákból a lipidmaradványok kinyerése után az első kulcslépés a különböző lipid-összetevők szétválasztása a gázkromatográfiás-tömegspektrometriás (GC-MS) technikával. Ez a minta lipidkromatogramját adja. A lipidek idővel lebomlanak, ezért az ősi mintákban általában zsírsavakat (FA), különösen palmitinsavat (C) találunk.₁₆) és sztearinsav (C₁₈). Így ez a kémiai elemzési technika segít a zsírsavak azonosításában a mintában, de nem ad információt a zsírsavak eredetéről. Tovább kell vizsgálni, hogy az ősi főzőedényben azonosított zsírsav tej- vagy állati húsból vagy növényből származik-e. A fazekasokban lévő zsírsavmaradék attól függ, hogy mit főztek az edényben az ókorban. 

A C3 és C4 növényekben a szén stabil izotópjainak aránya eltérő, mivel a fotoszintézis során a könnyebb C12 izotópokat preferenciálisan veszik fel. Hasonlóképpen, a C3 és C4 növényekkel táplált állatok eltérő arányúak, például a háziasított szarvasmarhák (kérődzők, például tehén és bivaly) C4-es táplálékkal (például köles) eltérő izotóparányúak, mint a kisebb háziasított állatok, mint a kecske és a juh. és sertés, amely általában legelész és a C3-as növényeken boldogul. Ezenkívül a kérődző szarvasmarhákból származó tejtermékek és hús izotóparánya eltérő az emlőmirigyeikben és a zsírszöveteikben a zsírok szintézisében mutatkozó különbségek miatt. A korábban azonosított specifikus zsírsav eredetének megállapítása a szén stabil izotópjainak arányának elemzésével történik. Az azonosított zsírsavak izotóp arányának elemzésére a gázkromatográfia-égés-izotóp arány tömegspektrometria (GC-C-IRMS) technikáját alkalmazzuk.   

A lipidmaradványokban lévő stabil szénizotópok arányelemzésének fontosságát az őskori lelőhelyek régészeti tanulmányozása során 1999-ben demonstrálták, amikor a Welsh Borderlands (Egyesült Királyság) régészeti lelőhelyének tanulmányozása egyértelmű különbséget tudott tenni a nem kérődzőkből (pl. sertésből) származó zsírok és kérődző (pl. juh vagy szarvasmarha) eredetű¹. Ez a megközelítés meggyőző bizonyítékot jelenthet az első tejtermelésre a zöld szaharai Afrikában a Krisztus előtti ötödik évezredben. Észak-Afrikát akkoriban zöldellte a növényzet, és a történelem előtti szaharai afrikai emberek tejtermelési gyakorlatot alkalmaztak. Ezt a fazekasságban azonosított főbb tejzsír alkánsavak δ13C és Δ13C értékei alapján állapították meg.². Hasonló elemzések szolgáltatták a legkorábbi közvetlen bizonyítékot a tejtermékek feldolgozására és fogyasztására a kelet-afrikai pásztor neolitikus társadalmakban.³ és a korai vaskorban, Észak-Kínában⁴. 

Dél-Ázsiában a háziasítás bizonyítékai a 7-ig nyúlnak vissza^th évezred Kr.e. 4-ig^th millennium BC, domesticated animals like cattle, buffalo, goat, sheep etc were present across various Indus Valley sites. There were suggestions of utilisation of these animals in food for dairy and meat but no conclusive scientific evidence to support the view. Stable isotope analysis of lipid residue extracted from ceramic shreds collected from Indus-völgy settlements provide the earliest direct evidence of dairy processing in South Asia⁵. Egy másik közelmúltbeli, kidolgozottabb, szisztematikus tanulmányban az Indus-völgy több helyéről gyűjtött edénytöredékek lipidmaradványairól a kutatók megpróbálták megállapítani az edényekben használt élelmiszerek típusát. Az izotóppanalízis megerősítette az állati zsírok használatát az edényekben. A legfontosabb tudományos megállapítás a nem kérődzőkből származó zsírok dominanciája volt a főzőedényekben⁶ ami arra utal, hogy a nem kérődző állatokat (például ló, sertés, baromfi, szárnyas, nyúl stb.) az edényekben hosszú ideig főzték, és élelmiszerként fogyasztották. Ez ellentmond annak a régóta fennálló (faunai bizonyítékokon alapuló) nézetnek, amely szerint kérődző állatokat (például szarvasmarhaféléket, bivalyokat, szarvasokat, kecskéket stb.) az Indus-völgyi emberek táplálékként fogyasztottak.  

A helyi modern referenciazsírok hiánya, valamint a növények és állati termékek keverésének lehetősége korlátozza ezt a vizsgálatot. A növényi és állati termékek keveredéséből adódó lehetséges hatások kiküszöbölésére, valamint a holisztikus szemlélet érdekében a keményítőszemcse-analízist beépítették a lipidmaradvány-analízisbe. Ez támogatta a növények, gabonafélék, hüvelyesek stb. főzését az edényben. Ez segít leküzdeni néhány korlátot⁷. 

*** 

Referenciák:  

1. Dudd SN et al 1999. Evidence for Varying Patterns of Animal Products in Different Patterny Fazekashagyományok A felszínen megőrzött lipidek és a felszívódott maradványok alapján Régészeti Tudományok folyóirata. 26. kötet, 12. szám, 1999. december, 1473-1482. oldal. DOI: https://doi.org/10.1006/jasc.1998.0434 

2. Dunne, J., Evershed, R., Salque, M. et al. Az első tejtermelés a zöld szaharai Afrikában a Krisztus előtti ötödik évezredben. Nature 486, 390–394 (2012). DOI: https://doi.org/10.1038/nature11186 

3. Grillo KM et al 2020. Molekuláris és izotópos bizonyítékok tejre, húsra és növényekre a történelem előtti kelet-afrikai pásztortáprendszerekben. PNAS. 117 (18) 9793-9799. Közzétéve: 13. április 2020. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1920309117 

4. Han B., et al 2021. Kerámiaedények lipidmaradvány-analízise a RuiState Liujiawa lelőhelyéről (kora vaskor, Észak-Kína). 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. A lipidmaradványok vegyületspecifikus izotóp-analízise a legkorábbi közvetlen bizonyíték a tejtermékek feldolgozására Dél-Ázsiában. Sci Rep 10, 16095 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-72963-y 

6. Suryanarayan A., et al 2021. Lipidmaradványok a kerámiában az Indus civilizációból Északnyugat-Indiában. Régészeti Tudományok folyóirata. 125. kötet, 2021,105291. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jas.2020.105291 

7. García-Granero Juan José, et al 2022. Fazekasedényekből származó lipid- és keményítőszemanalízisek integrálása az indiai észak-gudzsaráti őskori táplálékok felfedezéséhez. Frontiers in Ecology and Evolution, 16. március 2022. Sec. Őslénytan. DOI: https://doi.org/10.3389/fevo.2022.840199 

Bibliográfia  

1. Irto A., et al 2022. Lipids in Archaeological Pottery: A Review on Their mintavételi és extrakciós technikák. Molecules 2022, 27(11), 3451; DOI: https://doi.org/10.3390/molecules27113451 

2. Suryanarayan, A. 2020. Mi a főzés az indus civilizációban? Indus élelmiszerek vizsgálata kerámia lipid maradék elemzéssel (Doktori értekezés). Cambridge-i Egyetem. DOI: https://doi.org/10.17863/CAM.50249 

3. Suryanarayan, A. 2021. Előadás – Lipidmaradványok a fazekasságban az Indus civilizációból. Elérhető https://www.youtube.com/watch?v=otgXY5_1zVo 

***