Analýza škrobu - Starch analysis - Wikipedia

Rýže škrobová zrna s hranatým obrysem a shlukující se přitažlivostí

Analýza škrobu nebo analýza škrobových zrn je technika, která je užitečná v archeologický výzkum při určování rostlin taxony na mikroskopické úrovni. Lze jej také použít v každodenním životě specialisty ve farmaceutickém a potravinářském průmyslu k určení původu taxonů a kvality potravin.[1] Konkrétně pokud jde o archeologii, identifikace škrobových zrn se v tomto kontextu provádí srovnávací identifikací, ve které je několik atributů zrn srovnáváno s jinými známými vzorky za účelem určení typu.[2] Tato srovnávací technika, je-li provedena mikroskopicky, umožňuje specifickou identifikaci taxonů škrobových zrn nalezených na konkrétních artefaktech, jako jsou nástroje z broušeného kamene, v půdách, prostřednictvím zubní kámen nebo nalezené v odkazu na keramické nádoby.[1] Analýza škrobových zrn může být užitečná jako doplněk k jiným formám studia k pochopení používání nástrojů, zemědělských činností, jakož i jiných existenčních strategií založených na rostlinách a k rekonstrukci rostlinných diet v průběhu času.[3]

Škrobové zrno

Za prvé, škrob je uložen jako zdroj energie a nachází se ve většině autotrofní rostliny, což znamená rostliny, které jsou schopné vytvářet si vlastní potravu fotosyntéza.[1] Existuje však několik výjimek v rámci rodin Asteraceae, Campanulaceae a některé další, ve kterých se škrob nepoužívá jako rezervovaný zdroj energie. To představuje jeden pád studia rostlinných taxonů pomocí analýzy škrobových zrn.[1] Pokračování, schopnost dlouhodobého skladování škrobových zrn pro zdroj energie využívaný rostlinami, činí ze škrobových zrn cenný zdroj studia v archeologickém kontextu.[1] Škrob je uložen v amyloplasty, specializovaná organela nacházející se v rostlinných buňkách, jako škrobová zrna.[4] Škrobové zrno je zvláště důležité pro studium vzhledem k tomu, že se běžně vyskytuje ve většině rostlin, má dlouhodobou povahu a také různé formy a struktury, které mohou mít na základě toho, ke kterým taxonům patří.[4]

Techniky škrobové obilí

Barvicí řešení

Barvicí roztoky jsou jedním ze způsobů, jak zpřístupnit srovnávací analýzu škrobových granulí v závislosti na tom, jaký typ barviva se konkrétně používá. Například, jak uvedli Kovárník a Beneš, Lugolovo řešení obarví zrna tmavě modrou barvou, aby bylo možné odlišit zrno škrobu od jiných běžných struktur, které se mohou podobat co do velikosti a tvaru.[1] Kromě této techniky označuje použití barviva CongoRed poškození, což usnadňuje studium, porovnávání a vyrovnávání rozdílů v poškození konkrétních taxonů. Konkrétně intenzita červené barvy závisí na tom, jak je zrno poškozeno.[1] Konečně Trypan modrá je další způsob, jak barvit poškození zrn uvnitř škrobových zrn, pouze barvit poškozená zrna, nikoli nepoškozená.[1] Konkrétně může být důležité začlenit proces barvení do analýzy kvůli skutečnosti, že existuje několik dalších přirozeně se vyskytujících struktur, které mají podobné vlastnosti jako škrob při srovnání pod mikroskopem.[1]

Extrakce škrobu v kontextu archeologických nástrojů

Existuje několik způsobů, jak jít o extrakci škrobových granulí z kamenných nástrojů. Jedna technika, jak ji vysvětlili Kovárnik a Benes, popsanou jako nejběžnější, je pipetování povrchu předmětů na nejběžnějších místech, kde se nacházejí zrna škrobu, například trhliny nebo jiné divetty na artefaktu.[1] Kapičky vody z pipetovací techniky se poté shromáždí na podložní sklíčka, které se použijí při srovnávací analýze. Toto je běžná technika pro použití konkrétního porozumění tomu, jak byly použity kamenné nástroje a jaké druhy rostlin byly během studovaného období využívány.[1]

Dalším běžným přístupem je uvolnění škrobových zrn skrz sonikace, což je laboratorní technika, která využívá zvukové vlny k „míchání částic“ za účelem přeměny elektrického signálu na vibraci, která následně rozkládá látku.[5] Z hlediska analýzy škrobových zrn se škrobová zrna uvolňují pomocí ultrazvukové lázně a destilovaná voda obsahující částice vzorku se poté odstředěn. Jedná se o proces, při kterém se vzorky otáčejí a v důsledku toho jsou odděleny hustotou dostředivá síla, nebo kvůli fiktivním odstředivá síla který pociťují vzorky díky jejich referenčnímu rámci.[6] Použití této síly umožňuje oddělení řešení různých hustot.[6] Takto je oddělena nejméně hustá složka, sestávající z částic škrobového zrna, a lze připravit mikroskopické sklíčko.[1]

Škrobové zrno: Metody odstraňování zubního kamene

Analýza škrobových zrn prostřednictvím zubního kamene může poskytnout nepřeberné množství informací, pokud jde o dietní rekonstrukci minulých společností.[2] Přesněji řečeno, zubní kámen je vrstvení nalezené na zubech, ze kterých je vytvořen plaketa „„ po mineralizaci. “[1]

Ve studii provedené Tao et. al, výzkumná skupina postupovala podle metod stanovených Pipernem a Dillehayem v roce 2008 a Li et al. v roce 2010.[2] V těchto konkrétních příkladech uzemnili zubní kámen pomocí třecí miska a tlouček, a centrifugovala směs obsahující zubní kámen a také malá množství Calgon za účelem rozbití částic do rozptýleného stavu.[2] Jakmile byly extrakty rozpuštěny hydrochlorid a opláchnout aceton, zbytky byly extrahovány a mohla začít srovnávací analýza.[2] Toto je jen jeden způsob, jak jít o extrakci zbytků škrobových zrn ze zubního kamene, dalším příkladem je použití sonifikace, jak je popsáno výše.[1]

Škrobové zrno: Srovnávací struktury

Existuje několik struktur, které jsou pozorovány při srovnávací analýze k určení rostlinných taxonů, do kterých škrobové zrno patří. Nejprve, v mírně větším měřítku, jsou pozorovány typy granulí, jako jsou jednoduché, složené nebo polosložkové, velikosti a tvary.[7] Dále je tu hilum, což je oblast, ve které jsou uloženy proteinové vrstvy.[8] Hilums se liší ve svém umístění na škrobové granule a toto umístění se může lišit mezi taxony.[1] Kromě hilu jsou pozorovány „lamely“, což jsou různé růstové vrstvy, které jsou mikroskopicky viditelné jen někdy.[1] Lze pozorovat také trhliny, ale ty jsou běžné pouze u některých škrobových zrn, ne u všech.[7]Celkově je analýza zrna škrobu pomocí počítačové databáze primárním způsobem, jak se rozlišují zrna škrobu.[1] To je užitečné, pokud jde o doplňkový přístup k porozumění vykořisťování rostlin minulých společností.

Účelnost

Analýza zrna škrobu není dokonalá věda, nicméně analýza zrna rostlinného škrobu je diagnostickou vlastností mnoha aplikací podle zvláštností a původu rostlinného materiálu.[9]Velikost, tvar a struktura zrn rostlinných druhů se velmi liší, což může vést k identifikaci. Zrnka škrobu byla odstraněna a identifikována z kamenných nástrojů, keramických sherdů, organických materiálů, zubního kamene a sedimentů[10] a pozůstatky zvířat k určení stravy a kdy lidé začali využívat divoké druhy potravin.[11]

Nevýhody

V některých případech může dojít k degradaci zrn. Faktory jako absorpce tepla a vody mohou ovlivnit strukturu zrn, což ztíží identifikaci. I když jsou zbytky dobře zachovány, těžba vody, dehydratace, vysušení nebo poškození houbami mohou škrob zničit. V některých případech, dokonce iu stejného druhu, se mohou škrobová zrna lišit tvarem a velikostí a velikost zrna ovlivňuje jeho přežití v archeologickém záznamu.[12]

Biologie škrobu

Viz také: Škrob § Energetický zásobník rostlin

Škrob se vyrábí v rostlinách jako forma skladování energie procesem fotosyntéza. Když rostlina potřebuje energii, uložený škrob se přemění zpět na glukóza.[13]

Viz také: Mikroskopie
Škrob, 800krát zvětšený, pod polarizovaným světlem, vykazující charakteristiku zánikový kříž

Zrna škrobu jsou obvykle mikroskopicky identifikována optickou nebo elektronovou mikroskopií. Zrna škrobu mohou být jasnější, pokud jsou obarvena tmavší barvou Jód Skvrny. Logolový jód je jeden, používaný pro barvení škrob, protože jodová činidla se snadno váží na škrob, ale méně snadno na jiné materiály. Mezi funkce, které umožňují identifikaci škrobových zrn, patří: přítomnost hilu (jádro zrna), lamel (nebo růstových vrstev), dvojlom a extinkční kříž (křížový tvar, viditelný na zrnech pod rotujícím polarizovaným světlem), které jsou viditelné pomocí mikroskop a tvar a velikost.[10]

Malé zvětšení

Archeologický výzkum zaměřený na dodržování zbytků artefakty začínají při menším zvětšení, obvykle používají a stereoskop. Většina údajů získaných v této fázi je kvalitativní, důležitá první fáze podrobnější analýzy. Zvětšení mezi x10 a x50 je dostatečné k lokalizaci cílových zbytků, popisu funkcí a potvrzení vnitřních struktur identifikovaných zbytky.[14]

Velké zvětšení

Moderní lehký, vysoce výkonný mikroskopy mají vnitřní zdroj světla, který umožňuje osvětlení procházejícím i odraženým světlem. Tyto mikroskopy mohou poskytnout zvětšení až x1000: dost dobré na to, aby poskytovaly jasný obraz škrobu granule tak malý jako několik mikrometrů v průměru.[15]

Škrobové granule mají různé velikosti. Například;

  • Tapiokový škrob: 5-35µm
  • Bramborový škrob: 15-100 um
  • Kukuřičný škrob: 5-25 µm
  • Rýžový škrob: 3-8 um

ale všechny mají obvykle velikost menší než 100 mikrometrů, a proto je nejlépe je pozorovat u složených mikroskopů vybavených různými světelnými podmínkami a zvětšením od x200 do x800.[16]

Škrobová zrna jsou také pro srovnání porovnána se standardními referenčními kolekcemi. Archeologové a vědci mohou zvážit čtyři problémy při klasifikaci rostlin a jejich použití:

  • Určení, zda existují důkazy o využití rostlin
  • Studium variace montáže
  • Stanovení přítomnosti konkrétních druhů rostlin
  • Přiřaďte procenta škrobových granulí ve vzorku konkrétnímu taxon a současnost kvantitativní data relativní hojnost ve vzorku. Identifikace starověkého škrobu je poměrně snadná pro první tři úrovně klasifikace zatímco čtvrtá úroveň vyžaduje neustálé zlepšování popisu, klasifikace a identifikace jednotlivých škrobových granulí.[17]

Škrob v sedimentech

Granule škrobu získané z sedimenty slouží k rekonstrukci stanoviště spojené s člověkem využívání půdy. Tyto studie se zaměřují na dvě oblasti zájmu archeologa:

  • krajiny; konkrétně rekonstrukce historických rostlinná společenství v nejširším měřítku prostředí
  • specifické kontexty, jako např osady nebo oblasti činnosti; se zaměřením na jednotlivce archeologická naleziště nebo v nich oddělené kontexty s cílem identifikovat konkrétní lidské činnosti na konkrétním místě.

Fáze, které se účastní analýzy škrobu ze sedimentů, jsou; vzorkování, extrakce škrobu, posuvná montáž a prohlížení a interpretace.[18]

Vzorkování

Vzorkování jádra sedimentu nebo stratigrafického profilu za účelem získání informací o prostředí vyžaduje podrobné pochopení způsobu, jakým byly sedimenty vytvořeny.[19]

Extrakce

Většina technik extrakce se řídí obecnou metodikou:

  • příprava vzorku (prosévání, sušení nebo namáčení)
  • dezagregace a deflokulace rozbít prvky vzorku na jednotlivé částice
  • odstranění nežádoucích částic (písky, bahno, minerály, organické látky).
  • chemická konzervace škrobových granulí.[20]

Montáž a prohlížení

Granule škrobu jsou připevněny na podložní sklíčko pomocí různých montáž médií včetně, ale bez omezení, na vodu, glycerol a glycerinové želé. Je důležité, aby byl materiál před namontováním důkladně vysušen, aby nedocházelo k další degradaci vzorku. Snímek je poté podle potřeby zobrazen pro identifikaci a počítání.[21]

Výklad

Po prozkoumání granulí škrobu jsou nálezy poté zaznamenány a interpretovány s ohledem na výzkumné otázky, které jsou zkoumány.

Škrob na artefaktech

Artefakty shromažďují škrobové granule a chrání je před rozpadem v důsledku mikroorganismy, což poskytuje vynikající podmínky pro dlouhodobé uchování. Analýza se může zaměřit na funkci nástroje, zkoumat širší škálu lidského chování, ale analýza škrobu také umožňuje nahlédnout do řemeslných činností zahrnujících přípravu lepidel, léků nebo jiných nepotravinářských předmětů.[22]

Modifikovaný škrob

Škrob lze také zkoumat, pokud není v surové formě. Například, Modifikovaný škrob vzniká, když je morfologická nebo fyzikálně-chemická struktura nativního škrobu nějakým způsobem narušena, například v příprava jídla. Nejběžnějším způsobem úpravy škrobu je použití tepla. Vaření jam, krby a pece, které mohly přijít do styku s škrobovým materiálem, poskytují modifikované škroby, které mohou poskytnout další informace.

Modifikovaný škrob bude pravděpodobně konzervován pouze za určitých podmínek, jako je např suché oblasti kvůli jeho náchylnosti k organickému rozpadu. Studie starodávného modifikovaného škrobu pomáhají pochopit starou technologii potravin, variace v kuchyni mezi různými sociální skupiny, jakož i poskytnout pochopení funkce starodávného zařízení na zpracování potravin.[23]

Konzervované formy modifikovaného škrobu zahrnují:

  • Diskrétní sušené makrozbytky: koherentní potraviny, které nejsou spojeny s žádným jiným předmětem a patří mezi nejsnadněji rozpoznatelné starodávné škrobově připravované potraviny. Mohou to být buď zamýšlené finální připravené potraviny, jako jsou bochníky chleba, nebo meziprodukty sekvence zpracování potravin, jako jsou hrudky bohaté na škrob[je zapotřebí objasnění ].
  • Připojené sušené zbytky: sbírky škrobnatých potravin přilepené na kontejner nebo nádobu. Schopnost identifikovat tyto zbytky je ovlivněna množstvím a vzhledem zbytku a také vědomím bagrů. Zbytky obsahující zjevnou rostlinnou tkáň jsou nejsnadněji rozpoznatelné, zatímco tenké šmouhy nejsou tak snadno rozpoznatelné.
  • Zuhelnatělé zbytky: obvykle jsou výsledkem náhodného přepečení a lze je konzervovat jako jednotlivé úlomky nebo zůstat přilepené na varné nádobě. Vzhledem ke své ohořelé povaze jsou tyto zbytky velmi obtížně identifikovatelné.[24]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d E F G h i j k l m n Ó p q Kovárník, Jaromír; Beneš, Jaromír (11. září 2018). „Mikroskopická analýza škrobových zrn a její aplikace v archeologii doby kamenné“. Interdisciplinaria Archaeologica. IX (1/2018): 83-93. doi:10.24916 / iansa.2018.1.6.
  2. ^ A b C d E Tao, Dawei; Wu, Yan; Guo, Zhizhong; Hill, David; Wang, Changsui (22. srpna 2011). „Analýza škrobového zrna pro nástroje na úpravu základů z neolitické Baiyinchanghan tie: důsledky pro jejich funkci v severovýchodní Číně“. Journal of Archaeological Science. 38 (12): 3577-3583. doi:10.1016 / j.jas.2011.08.028.
  3. ^ Eubanks, Jill (2018). „Experimentální nástroje pro broušení kamene, zpracování zdrojů a analýza škrobu: předběžné výsledky“. SCA Proceedings: Far Western Anthropological Research Group Inc.. 32: 287-294.
  4. ^ A b Cortella, A.R .; Pochettino, M.L. (4. ledna 1994). „Analýza zrna škrobu jako mikroskopická diagnostická vlastnost při identifikaci rostlinného materiálu“ (PDF). Ekonomická botanika. 48 (2): 171–181. doi:10.1007 / BF02908212. S2CID  20275096.
  5. ^ Gillespie, Clair. „Jak funguje Sonikace“. Vědění. Citováno 16. dubna 2020.
  6. ^ A b "Odstředivka". vocabulary.com.
  7. ^ A b Cagnato, Clarissa. [clarissacagnato.weebly.com/starch-grain-analysis.html "Analýza škrobových zrn"] Šek | url = hodnota (Pomoc). Paleoethnobotany.
  8. ^ {{cite web | last1 = Mozdy | first1 = Michael | title = In the Tiny World of Starch Grains, Bigger is Better | website = Natural History Museum of Utah | publisher = NMHU Utah
  9. ^ Cortella, A. R .; Pochettino, M. L. (1994). „Analýza škrobových zrn jako mikroskopický diagnostický prvek při identifikaci rostlinného materiálu“ (PDF). Ekonomická botanika. 48 (2): 171–181. doi:10.1007 / BF02908212. ISSN  0013-0001. S2CID  20275096.
  10. ^ A b Clarissa Cagnato. „Analýza zrna škrobu - Paleoethnobotany“. Citováno 2014-06-25.
  11. ^ Piperno, Dolores R .; Weiss, Ehud; Holst, Irene; Nadel, Dani (2004). "Zpracování divokých obilných zrn v horním paleolitu odhaleno analýzou škrobových zrn". Příroda. 430 (7000): 670–673. Bibcode:2004 Natur.430..670P. doi:10.1038 / nature02734. PMID  15295598. S2CID  4431395.
  12. ^ Field, J. Cosgrove, R. Fullager, R. & Lance, B. (2011) „Rezidua škrobu na brusných kamenech v soukromých sbírkách: studie morah z tropických deštných pralesů SV Queensland“, Haslam, M. Robertson, G Crowther, A. Nugent, S. & Kirkwood, L. (vyd.) Archeologická věda pod mikroskopem (Terra Australis 30) Studie reziduí a analýza starověké DNA na počest Thomase H. Loye. ANU E Stiskněte. Canberra. 228-238
  13. ^ Torrence 2006, str. 35,36
  14. ^ Torrence 2006, str. 47,48
  15. ^ Torrence 2006, str. 48,49
  16. ^ Torrence 2006, str. 47
  17. ^ Torrence 2006, str. 115–143
  18. ^ Torrence 2006, str. 145
  19. ^ Torrence 2006, str. 145–151
  20. ^ Torrence 2006, s. 151–161
  21. ^ Torrence 2006, s. 161–163
  22. ^ Torrence 2006, str. 185–189
  23. ^ Torrence 2006, str. 205
  24. ^ Torrence 2006, str. 206–207

Bibliografie

  • Hather, J.G. (ed.) 1994. Tropical Archaeobotany: Applications and New Developments, str. 86-114. Routledge, Londýn.
  • Messner, Timothy C. 2011. Žaludy a hořké kořeny: Výzkum škrobových zrn v prehistorických východních lesích. University of Alabama Press, Tuscaloosa, AL.
  • Torrence, Robin (2006), Starověký výzkum škrobu, Walnut Creek, CA: Left Coast Press Inc., ISBN  978-1-59874-018-9