Анализ крахмала - Википедия - Starch analysis

Рис зерна крахмала с угловатыми контурами и притяжением к слипанию

Анализ крахмала или же анализ зерна крахмала это метод, который полезен в археологический исследования по определению растений таксоны на микроскопическом уровне. Он также может использоваться в повседневной жизни специалистами фармацевтической и пищевой промышленности для определения происхождения таксонов и качества пищевых продуктов.[1] В частности, что касается археологии, идентификация зерен крахмала в этом контексте осуществляется посредством сравнительной идентификации, при которой несколько атрибутов зерен сравниваются с другими известными образцами для определения типа.[2] Этот метод сравнения, когда он проводится под микроскопом, позволяет идентифицировать конкретные таксоны крахмальных зерен, обнаруженных на определенных артефактах, таких как измельченные каменные орудия, в почвах, через зубной камень, или встречается в отношении керамических сосудов.[1] Анализ крахмального зерна может быть полезен в качестве дополнения к другим формам исследования для понимания использования инструментов, сельскохозяйственной деятельности, а также других стратегий выживания, основанных на растениях, и для восстановления растительных диет на протяжении всего времени.[3]

Крахмальное зерно

Во-первых, крахмал хранится как источник энергии и содержится в большинстве автотрофный растения, то есть растения, которые могут создавать себе пищу за счет фотосинтез.[1] Однако есть несколько исключений в семьях. Сложноцветные, Campanulaceae, и некоторые другие, в которых крахмал не используется в качестве резервируемого источника энергии. Это один из недостатков изучения таксонов растений с помощью анализа крахмального зерна.[1] В дальнейшем возможность длительного хранения крахмальных зерен в качестве источника энергии, используемого растениями, делает крахмальные зерна ценным источником исследований в археологическом контексте.[1] Крахмал хранится в амилопласты, специализированная органелла, обнаруженная в клетках растений в виде крахмальных зерен.[4] Крахмальное зерно особенно важно для изучения из-за того, что оно обычно встречается в большинстве растений, его долговечности, а также разнообразных форм и структур, которые они могут принимать в зависимости от того, к каким таксонам они принадлежат.[4]

Методы лаборатории крахмального зерна

Окрашивающие решения

Красящие растворы - один из способов сделать сравнительный анализ гранул крахмала более доступным, в зависимости от того, какой тип красителя используется конкретно. Например, как утверждают Коварник и Бенеш, Раствор Люголя окрашивает зерна в темно-синий цвет, чтобы отличить зерна крахмала от других обычных структур, которые могут казаться похожими по размеру и форме.[1] В дополнение к этой технике, использование красителя CongoRed отмечает повреждения, что упрощает изучение, сравнение и анализ различий в повреждении отдельных таксонов. В частности, интенсивность красного цвета зависит от степени повреждения зерна.[1] Наконец, Трипановый синий - еще один способ окрасить поврежденные зерна крахмала, окрашивая только поврежденные зерна, а не неповрежденные.[1] В частности, может быть важно включить процесс окрашивания в анализ из-за того факта, что есть несколько других структур, обнаруженных естественным образом, которые имеют сходные характеристики с крахмалом при сравнении под микроскопом.[1]

Извлечение крахмала в контексте археологических инструментов

Есть несколько способов извлечь гранулы крахмала из каменных инструментов. Один из методов, описанный Коварником и Бенешем как наиболее распространенный, заключается в нанесении пипеткой поверхности объектов на наиболее распространенные участки, в которых обнаруживаются зерна крахмала, например, трещины или другие участки на артефакте.[1] Затем капли воды, полученные при пипетировании, собираются на предметные стекла для использования в сравнительном анализе. Это распространенный метод использования понимания того, как использовались каменные орудия труда и какие типы растений эксплуатировались в течение изучаемого времени.[1]

Другой распространенный подход - вытеснить зерна крахмала через обработка ультразвуком, который представляет собой лабораторный метод, в котором звуковые волны используются для «перемешивания частиц» с целью преобразования электрического сигнала в вибрацию, которая, в свою очередь, разрушает вещество.[5] Что касается анализа зерна крахмала, зерна крахмала высвобождаются с помощью ультразвуковой ванны, а затем дистиллированная вода, содержащая частицы образца, центрифугированный. Это процесс, при котором образцы прядут и разделяются по плотности в результате центростремительная сила, или из-за фиктивного центробежная сила что ощущается образцами из-за их системы отсчета.[6] Использование этой силы позволяет разделить решения разной плотности.[6] Таким образом, наименее плотный компонент, состоящий из частиц крахмального зерна, отделяется и может быть приготовлено микроскопическое предметное стекло.[1]

Крахмальное зерно: методы удаления зубного камня

Анализ зерен крахмала с помощью зубного камня может предоставить массу информации, когда дело доходит до реконструкции рациона обществ прошлого.[2] В частности, зубной камень - это наслоение на зубах, образованное из бляшка, «после минерализации».[1]

В исследовании, проведенном Tao et. и др., исследовательская группа следовала методам, изложенным Piperno и Dillehay в 2008 г., а также Li et al. в 2010.[2] В этих конкретных примерах они заземляют зубной камень с помощью Ступка и пестик, и центрифугировали смесь, содержащую зубной камень, а также небольшое количество Калгон чтобы разбить частицы до дисперсного состояния.[2] После растворения экстрактов в гидрохлорид и промыть ацетон, остатки были извлечены, и можно было начинать сравнительный анализ.[2] Это всего лишь один способ извлечения остатков крахмальных зерен из зубного камня, другим примером является использование ультразвуковой обработки, как описано выше.[1]

Крахмальное зерно: сравнительная структура

Есть несколько структур, которые наблюдаются при проведении сравнительного анализа для определения таксонов растений, к которым принадлежит крахмальное зерно. Во-первых, начиная с немного большего масштаба, наблюдаются такие типы гранул, как простые, составные или полусложные, размеры и формы.[7] Далее идет хилум, это область, в которой откладываются белковые слои.[8] Hilums различаются своим расположением на грануле крахмала, и это расположение может отличаться в зависимости от таксона.[1] В дополнение к воротам наблюдаются «ламели», которые представляют собой различные слои роста, в которых лишь иногда видны микроскопически.[1] Также можно наблюдать трещины, но они характерны только для некоторых крахмальных зерен, а не для всех.[7]В целом, анализ крахмального зерна с использованием компьютерной базы данных является основным способом дифференциации крахмальных зерен.[1] Это полезно с точки зрения дополнительного подхода к пониманию эксплуатации растений в обществах прошлого.

Полезность

Анализ крахмального зерна не является совершенной наукой, однако анализ растительного крахмала является диагностической функцией для множества применений в соответствии с особенностями и происхождением растительного материала.[9]Размер, форма и структура зерен разных видов растений мало различаются, что может привести к идентификации. Зерна крахмала были удалены и идентифицированы с каменных инструментов, керамических черепков, органических материалов, зубного камня и отложений.[10] и останки животных, чтобы определять диету, и когда люди начали использовать дикие разновидности пищи.[11]

Недостатки

В некоторых случаях зерна могут ухудшиться. Такие факторы, как поглощение тепла и воды, могут влиять на структуру зерен, что затрудняет идентификацию. Даже если останки хорошо сохранились, переувлажнение, обезвоживание, высыхание или повреждение грибками могут разрушить крахмал. В некоторых случаях даже в пределах одного и того же вида зерна крахмала могут отличаться по форме и размеру, а размер зерна влияет на его выживаемость в археологических данных.[12]

Биология крахмала

Смотрите также: Крахмал § Энергетический запас растений

Крахмал производится на заводах как форма хранения энергии в процессе фотосинтез. Когда растение нуждается в энергии, накопленный крахмал снова превращается в глюкоза.[13]

Смотрите также: Микроскопия
Крахмал, увеличенный в 800 раз, в поляризованном свете, показывающий характерные крест вымирания

Зерна крахмала обычно идентифицируются под микроскопом с помощью оптической или электронной микроскопии. Зерна крахмала могут стать более прозрачными, если их окрасить в более темный цвет. Йод Пятна. Йод Логола - один, используемый для окрашивание крахмал, потому что йодные реагенты легко связываются с крахмалом, но менее легко с другими материалами. Признаки, которые позволяют идентифицировать зерна крахмала, включают: присутствие хилума (сердцевины зерна), ламелей (или слоев роста), двойного лучепреломления и креста экстинкции (форма креста, видимого на зернах при вращающемся поляризованном свете), которые видны с помощью микроскоп и форма и размер.[10]

Малое увеличение

Археологические исследования были сосредоточены на прилипании остатков артефакты начинайте с меньшего увеличения, обычно используя стереоскоп. Большинство данных, полученных на этом этапе, качественный, важный первый этап для более полного анализа. Увеличений от x10 до x50 достаточно, чтобы определить местонахождение целевых остатков, описать особенности и подтвердить внутренние структуры идентифицированных остатки.[14]

Большое увеличение

Современный свет, высокая мощность микроскопы имеют внутренний источник света, позволяющий освещать как проходящим, так и отраженным светом. Эти микроскопы могут обеспечить увеличение до x1000: достаточно, чтобы обеспечить четкое изображение крахмала. гранулы всего несколько микрометров в диаметре.[15]

Гранулы крахмала имеют разные размеры. Например;

  • Крахмал тапиоки: 5-35мкм
  • Картофельный крахмал: 15-100 мкм
  • Кукурузный крахмал: 5-25 мкм
  • Рисовый крахмал: 3-8 мкм

но все они обычно имеют размер менее 100 микрометров и, следовательно, лучше всего наблюдаются под сложными микроскопами, оснащенными различными условиями освещения и увеличением от x200 до x800.[16]

Зерна крахмала также сравниваются со стандартными эталонными коллекциями для сравнения. Археологи и исследователи могут рассмотреть четыре вопроса в классификации растений и их использования (й):

  • Определение наличия доказательств использования растений
  • Изучение изменчивости ансамбля
  • Определение наличия определенных видов растений
  • Назначьте процентное содержание гранул крахмала в образце для определенного таксон, и представить количественные данные относительно относительной численности в выборке. Идентифицировать древний крахмал довольно легко для первых трех уровней классификация, в то время как четвертый уровень требует постоянного улучшения описания, классификации и идентификации отдельных гранул крахмала.[17]

Крахмал в отложениях

Гранулы крахмала, извлеченные из отложения используются для реконструкции среда обитания связаны с человеком землепользование. Такие исследования затрагивают две области, представляющие интерес для археолога:

  • пейзажи; в частности реконструкция исторического растительные сообщества в самом широком масштабе окружающей среды
  • конкретные контексты, такие как расчеты или области деятельности; уделяя особое внимание индивидуальным археологические сайты или отдельные контексты внутри них с целью выявления конкретных видов человеческой деятельности в определенном месте.

Этапы анализа крахмала из отложений: отбор проб, добыча крахмала, скользящий монтаж и просмотр, и интерпретация.[18]

Отбор проб

Отбор проб керна отложений или стратиграфического профиля для сбора информации об окружающей среде требует детального понимания того, как формировались отложения.[19]

Добыча

Большинство методов экстракции следуют общей методологии:

  • подготовка образца (просеивание, сушка или замачивание)
  • дезагрегирование и дефлокуляция разбить элементы образца на отдельные частицы
  • удаление нежелательных частиц (пески, ил, минералы, органика).
  • химические консерванты крахмальных гранул.[20]

Монтаж и просмотр слайдов

Гранулы крахмала помещают на предметное стекло с помощью различных монтаж СМИ включая, без ограничения, воду, глицерин и глицериновое желе. Важно, чтобы материал был тщательно высушен перед установкой, чтобы не допустить дальнейшего разрушения образца. Затем слайд просматривают, при необходимости, для идентификации и подсчета.[21]

Интерпретация

После того, как гранулы крахмала были исследованы, результаты записываются и интерпретируются в соответствии с исследуемыми вопросами исследования.

Крахмал на артефактах

Артефакты собирают гранулы крахмала и защищают их от разложения из-за микроорганизмы, обеспечивая тем самым отличные условия для длительного хранения. Анализ может быть сосредоточен на функции инструмента, чтобы изучить более широкий спектр человеческого поведения, но анализ крахмала также позволяет получить представление о ремесленной деятельности, связанной с приготовлением клея, лекарств или других непищевых продуктов.[22]

Модифицированный крахмал

Также можно исследовать крахмал, если он не в сыром виде. Например, Модифицированный крахмал создается, когда морфологическая или физико-химическая структура нативного крахмала каким-либо образом нарушается, например, в готовка еды. Самый распространенный способ модификации крахмала - нагревание. Варочные ямы, очаги, а печи, которые могли контактировать с крахмалистым материалом, дают модифицированные крахмалы, которые могут дать другую информацию.

Модифицированный крахмал может сохраняться только при определенных условиях, таких как засушливые регионы из-за его подверженности органическому разложению. Исследования древнего модифицированного крахмала помогают понять древнюю технологию производства продуктов питания, различия в кухне разных стран. социальные группы, а также дают представление о функциях древнего пищевого оборудования.[23]

Консервированные формы модифицированного крахмала включают:

  • Отдельные иссушенные макроостаточные продукты: однородные продукты, которые не связаны ни с какими другими предметами и являются одними из самых легко узнаваемых древних крахмалистых готовых продуктов. Это могут быть как предполагаемые конечные продукты, такие как буханки хлеба, так и промежуточные продукты последовательности обработки пищевых продуктов, например, соленые комки с высоким содержанием крахмала.[требуется разъяснение ].
  • Прикрепленные иссушенные остатки: скопления крахмалистых пищевых продуктов, прилипшие к емкости или емкости. На способность идентифицировать эти остатки влияет количество и внешний вид остатков, а также осведомленность экскаваторов. Остатки, содержащие очевидные растительные ткани, легче всего распознать, а тонкие мазки распознать не так просто.
  • Обугленные остатки: обычно результат случайного переваривания, их можно сохранить в виде отдельных фрагментов или прилипнуть к посуде для готовки. Эти остатки очень трудно идентифицировать из-за их обугленной природы.[24]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q Коварник, Яромир; Бенеш, Яромир (11 сентября 2018 г.). «Микроскопический анализ крахмальных зерен и его применение в археологии каменного века». Междисциплинарная археологическая. IX (1/2018): 83-93. Дои:10.24916 / iansa.2018.1.6.
  2. ^ а б c d е Тао, Давэй; Ву, Ян; Го, Чжичжун; Хилл, Дэвид; Ван, Чансуй (22 августа 2011 г.). «Анализ зерна крахмала для инструментов из неолита в Байинчанхане: последствия для их функции в Северо-Восточном Китае». Журнал археологической науки. 38 (12): 3577-3583. Дои:10.1016 / j.jas.2011.08.028.
  3. ^ Юбэнкс, Джилл (2018). «Экспериментальные каменные орудия, переработка ресурсов и анализ крахмального зерна: предварительные результаты». Материалы SCA: Far Western Anthropological Research Group Inc.. 32: 287-294.
  4. ^ а б Cortella, A.R .; Почеттино, М. (4 января 1994 г.). «Анализ зерна крахмала как микроскопический диагностический признак при идентификации растительного материала» (PDF). Прикладная ботаника. 48 (2): 171–181. Дои:10.1007 / BF02908212. S2CID  20275096.
  5. ^ Гиллеспи, Клер. "Как работает ультразвуковая обработка". Наука. Получено 16 апреля, 2020.
  6. ^ а б «Центрифуга». Vocalabulary.com.
  7. ^ а б Каньато, Кларисса. [Clarissacagnato.weebly.com/starch-grain-analysis.html «Анализ крахмала зерна»] Проверять | url = ценить (помощь). Палеоэтноботаника.
  8. ^ {{cite web | last1 = Mozdy | first1 = Michael | title = В крошечном мире крахмальных зерен больше значит лучше | website = Музей естественной истории штата Юта | publisher = NMHU Utah
  9. ^ Cortella, A.R .; Почеттино, М. Л. (1994). «Анализ зерна крахмала как микроскопический диагностический признак при идентификации растительного материала» (PDF). Прикладная ботаника. 48 (2): 171–181. Дои:10.1007 / BF02908212. ISSN  0013-0001. S2CID  20275096.
  10. ^ а б Кларисса Каньато. «Анализ крахмального зерна - палеоэтноботаника». Получено 2014-06-25.
  11. ^ Пиперно, Долорес Р .; Вайс, Эхуд; Холст, Ирэн; Надел, Дэни (2004). «Обработка зерен дикорастущих злаков в верхнем палеолите, выявленная анализом зерна крахмала». Природа. 430 (7000): 670–673. Bibcode:2004Натура430..670П. Дои:10.1038 / природа02734. PMID  15295598. S2CID  4431395.
  12. ^ Филд, Дж. Косгроув, Р. Фуллагер, Р. и Лэнс, Б. (2011) «Остатки крахмала на шлифовальных камнях в частных коллекциях: исследование мора из тропических лесов северо-восточного Квинсленда» в Haslam, М. Робертсон, Г. . Crowther, A. Nugent, S. & Kirkwood, L. (Eds) Археологическая наука под микроскопом (Terra Australis 30) Исследования остатков и анализ древней ДНК в честь Томаса Х. Лоя. ANU E Press. Канберра. 228-238
  13. ^ Торренс 2006, п. 35,36
  14. ^ Торренс 2006, п. 47,48
  15. ^ Торренс 2006, п. 48,49
  16. ^ Торренс 2006, п. 47
  17. ^ Торренс 2006, стр. 115–143
  18. ^ Торренс 2006, п. 145
  19. ^ Торренс 2006, стр. 145–151
  20. ^ Торренс 2006, стр. 151–161
  21. ^ Торренс 2006, стр. 161–163
  22. ^ Торренс 2006, стр. 185–189
  23. ^ Торренс 2006, п. 205
  24. ^ Торренс 2006, стр. 206–207

Библиография

  • Хазер, Дж. (ред.) 1994. Тропическая археоботаника: приложения и новые разработки, стр. 86-114. Рутледж, Лондон.
  • Месснер, Тимоти С. 2011. Желуди и горькие корни: исследования крахмального зерна в доисторических восточных лесах. Университет Алабамы Press, Таскалуса, Алабама.
  • Торренс, Робин (2006), Исследования древнего крахмала, Уолнат-Крик, Калифорния: Left Coast Press Inc., ISBN  978-1-59874-018-9