Анализ крахмала - Starch analysis

Райс крахмальных зерен с угловым контуром и притяжения слипания

Анализ крахмала или анализ крахмального зерна - это метод, который полезен в археологических исследованиях для определения таксонов растений на микроскопическом уровне. Его также могут использовать в повседневной жизни специалисты фармацевтической и пищевой промышленности для определения происхождения таксонов и качества пищевых продуктов. В частности, что касается археологии, идентификация зерен крахмала в этом контексте осуществляется путем сравнительной идентификации, при которой несколько атрибутов зерен сравниваются с другими известными образцами для определения типа. Этот метод сравнения, когда он проводится под микроскопом, позволяет идентифицировать специфические таксоны крахмальных зерен, обнаруженных на определенных артефактах, таких как измельченные каменные орудия, в почвах, через зубной камень или найденные в отношении керамических сосудов. Анализ крахмального зерна может быть полезен в качестве дополнения к другим формам исследования для понимания использования инструментов, сельскохозяйственной деятельности, а также других стратегий выживания на основе растений, а также для восстановления рациона на основе растений с течением времени.

Крахмальное зерно

Во-первых, крахмал хранится в качестве источника энергии и содержится в большинстве автотрофных растений, то есть в растениях, которые способны создавать себе пищу посредством фотосинтеза . Однако есть несколько исключений из семейств Asteraceae , Campanulaceae и некоторых других, в которых крахмал не используется в качестве резервного источника энергии. Это является одним из недостатков изучения таксонов растений с помощью анализа крахмального зерна. В дальнейшем способность к долгосрочному хранению крахмальных зерен в качестве источника энергии, используемого растениями, делает крахмальные зерна ценным источником исследований в контексте археологических раскопок. Крахмал хранится в амилопластах , специализированных органеллах, обнаруженных в клетках растений, в виде крахмальных зерен. 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.

Методы лаборатории крахмального зерна

Окрашивающие решения

Красящие растворы - это один из способов сделать сравнительный анализ гранул крахмала более доступным, в зависимости от того, какой тип красителя используется конкретно. Например, как заявили 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. 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. Наконец, трипановый синий - еще один способ окрашивать поврежденные зерна в зернах крахмала, окрашивая только поврежденные зерна, а не неповрежденные. 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.

Извлечение крахмала в контексте археологических инструментов

Есть несколько способов извлечения гранул крахмала из каменных орудий. Один из методов, описанный Коварником и Бенешом 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. Капли воды, полученные при пипетировании, затем 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.

Другой распространенный подход состоит в том, чтобы удалить зерна крахмала с помощью обработки ультразвуком , которая представляет собой лабораторный метод, использующий звуковые волны для «перемешивания частиц» с целью преобразования электрического сигнала в вибрацию, которая, в свою очередь, разрушает вещество. Что касается анализа зерна крахмала, зерна крахмала высвобождаются с помощью ультразвуковой ванны, а дистиллированная вода, содержащая частицы образца, затем центрифугируется . Это процесс, при котором образцы прядут и разделяются по плотности в результате центростремительной силы или фиктивной центробежной силы, которая ощущается образцами из-за их системы отсчета. Использование этой силы позволяет разделять растворы разной плотности. Таким образом, наименее плотный компонент, состоящий из частиц крахмального зерна, отделяется, и может быть приготовлено микроскопическое предметное стекло.

Крахмальное зерно: методы удаления зубного камня

Анализ зерна крахмала с помощью зубного камня может предоставить массу информации, когда дело доходит до реконструкции диеты обществ прошлого. В частности, зубной камень - это наслоение на зубах, образованное из зубного налета «после минерализации».

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 году. В этих конкретных примерах они измельчали ​​зубной камень с помощью ступки и пестика и центрифугировали смесь, содержащую зубной камень, а также небольшое количество Калгона , чтобы превратить частицы в диспергированное состояние. После растворения экстрактов в гидрохлориде и промывки ацетоном остатки экстрагировали, и можно было начинать сравнительный анализ. Это всего лишь один из способов извлечения остатков крахмальных зерен из зубного камня, другим примером является использование ультразвуковой обработки, как описано выше.

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 типы гранул, такие как простые, составные или полусложные, размеры и формы. Далее идет хилум , то есть область, в которой откладываются белковые слои. Hilums различаются по своему расположению на грануле крахмала, и это расположение может отличаться в зависимости от таксона. В дополнение к воротам наблюдаются «ламели», которые представляют собой различные слои роста, в которых лишь иногда видны микроскопически. Также можно наблюдать трещины, однако они характерны только для некоторых крахмальных зерен, а не для всех. В целом, анализ крахмальных зерен с использованием компьютерной базы данных является основным способом дифференциации крахмальных зерен. 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 диагностическим признаком множества применений в зависимости от особенностей и происхождения растительного материала. Размер, форма и структура зерен разных видов растений мало различаются, что может привести к идентификации. Зерна крахмала были удалены и идентифицированы из каменных орудий, керамических черепков, органических материалов, зубного камня, отложений и останков животных, чтобы определить диету и время, когда люди начали использовать дикие разновидности пищи.

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 грибами 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.

Биология крахмала

Крахмал вырабатывается растениями как форма хранения энергии в процессе фотосинтеза . Когда растение нуждается в энергии, накопленный крахмал снова превращается в глюкозу .

Крахмал, увеличение 800x, в поляризованном свете, показывает характерный крест угасания

Зерна крахмала обычно идентифицируются под микроскопом с помощью оптической или электронной микроскопии. Крахмал зерна может стать понятнее , если они окрашены в темный цвет с Йод Пятна. Йод Логола используется для окрашивания крахмала, поскольку 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 в микроскоп. и форма и размер.

Малое увеличение

Археологические исследования, направленные на обнаружение остатков на артефактах, начинаются при меньшем увеличении, обычно с использованием стереоскопа . Большинство данных, полученных на этом этапе, носят качественный характер , и это важный первый этап для более полного анализа. Увеличение от x10 до x50 достаточно для определения местоположения целевых остатков, описания особенностей и подтверждения внутренней структуры идентифицированных остатков .

Большое увеличение

Современные световые микроскопы с большой мощностью имеют внутренний источник света, позволяющий освещать как проходящим, так и отраженным светом. Эти микроскопы могут обеспечить увеличение до x1000: достаточно хорошее, чтобы получить четкие изображения гранул крахмала размером всего несколько микрометров в диаметре.

Гранулы крахмала имеют разные размеры. Например;

• Крахмал тапиоки: 5-35  мкм
• 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 поэтому лучше всего наблюдаются под сложными микроскопами, оснащенными различными условиями освещения и увеличением от x200 до x800.

Зерна крахмала также сравниваются со стандартными эталонными коллекциями для сравнения. При классификации растений и их использования археологи и исследователи могут рассмотреть четыре вопроса:

• Определение наличия доказательств использования растений
• Изучение изменчивости ансамбля
• Определение наличия определенных видов растений
• Отнесите процентное содержание гранул крахмала в образце к определенному таксону и представьте количественные данные относительно относительного содержания в образце. Идентификация древнего крахмала довольно проста для первых трех уровней классификации , в то время как четвертый уровень требует постоянного улучшения описания, классификации и идентификации отдельных гранул крахмала.

Крахмал в отложениях

Гранулы крахмала, извлеченные из отложений , используются для реконструкции местообитаний, связанных с землепользованием человека . Такие исследования затрагивают две области, представляющие интерес для археолога:

• пейзажи ; в частности реконструкция исторических растительных сообществ в самом широком масштабе окружающей среды
• конкретный контекст, например населенные пункты или районы деятельности; сосредоточение внимания на отдельных археологических памятниках или отдельных контекстах внутри них с целью выявления конкретных видов человеческой деятельности в конкретном месте.

Этапы анализа крахмала из отложений: отбор проб , извлечение крахмала, установка и просмотр слайдов , а также интерпретация.

Отбор проб

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

Добыча

Большинство методов экстракции следуют общей методологии:

• подготовка образца (просеивание, сушка или замачивание)
• дезагрегация и дефлокуляция для разделения элементов образца на отдельные частицы
• удаление нежелательных частиц (пески, ил, минералы, органика).
• химическое консервирование гранул крахмала.

Монтаж и просмотр слайдов

Гранулы крахмала помещают на предметное стекло с использованием различных монтажных сред, включая, помимо прочего, 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.

Интерпретация

После исследования гранул крахмала результаты записываются и интерпретируются с учетом исследуемых вопросов.

Крахмал на артефактах

Артефакты собирают гранулы крахмала и защищают их от разложения микроорганизмами , 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 клеев, лекарств или других непродовольственных товаров.

Модифицированный крахмал

Крахмал также можно исследовать, когда он не в сыром виде. Например, модифицированный крахмал создается, когда морфологическая или физико-химическая структура нативного крахмала каким-либо образом нарушается, например, при приготовлении пищи . Самый распространенный способ модификации крахмала - нагревание. Ямы для приготовления пищи , очаги и духовки, которые могли соприкасаться с крахмалистым материалом, дают модифицированный крахмал, который может дать другую информацию.

Модифицированный крахмал может сохраняться только в определенных условиях, например в засушливых регионах, из-за его склонности к органическому разложению. Исследования древнего модифицированного крахмала помогают понять древнюю технологию производства продуктов питания, различия в кухне различных социальных групп , а также дают представление о функциях древнего пищевого оборудования.

Консервированные формы модифицированного крахмала включают:

• Отдельные иссушенные макроостаточные продукты: однородные продукты, не связанные ни с какими другими предметами и являющиеся одними из наиболее легко узнаваемых древних крахмалистых готовых продуктов. Они могут быть либо предполагаемым конечным приготовлением пищи, например буханками хлеба, либо промежуточными продуктами последовательности обработки пищевых продуктов, такими как богатые крахмалом, мякиновые комки.
• 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 очевидную растительную ткань, легче всего распознать, в то время как 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.

Смотрите также

• Крахмал

Рекомендации

Библиография

• Хазер, Дж. Г. (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 Прессы Алабамы, Таскалуса, Алабама.
• Торренс, Робин (2006), Исследование древнего крахмала , Уолнат-Крик, Калифорния: Left Coast Press Inc., ISBN 978-1-59874-018-9