張恒，劉金帥，魏嘉遁，高妍，吳倩，劉剛，馬瑩，王芬，賈春江，苑世領 ,＊

1山東大學化學與化工學院，濟南 250100

2山東大學歷史與文化學院，濟南 250100

1 引言

酒作為人類食譜中的一個重要門類，不僅具有飲食屬性，而且在社會生活中發(fā)揮著重要作用[1]。在海岱地區(qū)，大汶口文化墓葬中已能看到酒器成組隨葬，包括溫酒用的鬶，注酒用的盉，儲酒用的背壺、瓶、尊、壺，飲酒用的筒形杯、高柄杯和觚形杯[2]，器型多樣且系統成熟，已經具備了后世禮制器用組合的雛形。酒器常用于宴飲、祭祀以及隨葬中，和禮制息息相關?？脊盘掌髦芯祁悮埩粑锏姆治觯瑢τ谘芯慨敃r的農業(yè)發(fā)展狀況、禮制制度、酒類的起源與發(fā)展以及各地區(qū)不同的釀酒傳統有重要意義。然而，一直以來，中國考古學對于考古陶器的研究主要集中于類型學研究，對陶器功能的研究略顯不足且不夠深入。用化學方法研究分析酒類殘留物，可以為探索古代陶器的具體功能提供直接性證據，對于推進考古學上陶器功能的研究具有重要作用，是化學與考古成功結合的實例。

目前，酒類殘留物的測定主要有三種方法：生物標記物檢測、植物微體化石分析以及DNA分析。生物標記物檢測方法是通過氣相色譜、液相色譜、紅外光譜、質譜等手段，檢測考古樣品中殘留的酒類生物標記物，如草酸、酒石酸、乳酸等小分子有機酸及其鹽，來推測當時考古樣品中是否盛放過酒類。植物微體化石分析包括孢粉分析、淀粉粒分析、植硅體分析等，主要是利用釀造谷芽酒的實驗建立對比標本庫，并通過顯微鏡觀察淀粉粒在釀酒過程中的損傷，來推測考古樣品是否具有盛酒的作用。DNA分析是提取考古樣品殘留的能夠反映酒類特征的物質的DNA后進行PCR (聚合酶鏈反應)擴增，與其現代樣品進行對比測序，以證明樣品是否曾用于釀酒。與植物微體化石分析和DNA分析方法相比，生物標記物檢測方法是檢測酒類殘留物較為常用的方法，其可應用的手段多樣、操作簡便、樣品來源廣。本實驗主要利用高效液相色譜分離進行生物標記物檢測，其原理是利用試樣中各組分與固定相間的吸附力差異，使試樣進入色譜柱后，隨著流動相的流動，各組分以不同的速度移動，經過一定的柱長后相互分離，以特定的順序和保留時間依次離開色譜柱進入檢測器，分別形成色譜峰。該法具有簡便快捷、分辨率高、分析速度快、重復性好以及精確度高等優(yōu)點。

將液相色譜應用于考古學領域進行酒類殘留物的研究，國外起步較早且成果較多，如Patrick McGovern等[3]早在1993年就研究了底比斯的納赫特古墓的葡萄酒和啤酒遺存；Kerlijne Romanus等[4]在2009年對土耳其薩格拉斯的安瓿瓶進行了研究；Hans Barnard等[5]在2011年研究了亞美尼亞東南部一個洞穴遺址中的葡萄酒遺存；Patrick McGovern等[6]在2016年找到了南高加索格魯吉亞新石器時代發(fā)酵葡萄酒的證據。國內近年來也逐漸重視這方面的研究，如2005年，McGovern、方輝等[7]對山東日照兩城鎮(zhèn)遺址出土的陶器內酒殘留物進行液相色譜分析，得到陶器曾經盛裝混合型酒的結論?？傊?，高效液相色譜應用于陶器殘留物分析已有較多的成功事例，但是對于中國龐大的遺址數量來說，這方面的研究明顯不足，仍有極大的進步發(fā)展空間。

本實驗以考古陶器為背景，結合分析化學中的高效液相色譜分析方法，利用模擬的考古陶片探究酒類殘留的高效液相色譜分析方法。同時結合海岱地區(qū)的重要遺址——焦家遺址的實際隨葬陶片，分析大汶口時期(距今約6100-4600年)酒器的使用情況。通過考古學與化學兩學科的交叉融合，加深化學實驗手段在考古學中應用的理解，增強學生利用化學實驗技能解決實際問題的能力。

2 實驗部分

2.1 實驗原理

陶器是一種常見的硅酸鹽質多孔材料，其孔隙可吸附水或有機小分子，其吸水率一般大于5%，高者可達20%。因此，經過人們長期的使用，陶器內部能夠留存其長期接觸的分子，通過對這些分子進行相關檢測，可以獲知陶器的可能用途。

近年來，國內外考古化學研究人員發(fā)表了多篇有關陶器中酒類殘留物的文章。通過對21篇相關文獻的統計發(fā)現[3-23]，酒殘留物中酒石酸最為常見，其次是蘋果酸、檸檬酸、乳酸、草酸等，有鑒于此，我們選取這五種特征酸進行分析(表1)。

表1 不同文獻對酒殘留的分析[3–23]

本次實驗將以葡萄酒、啤酒、蘋果酒、山楂酒為例，檢測其中的酒石酸、蘋果酸、檸檬酸、乳酸和草酸含量。

2.2 試劑或材料

體積比2 : 1的二氯甲烷/甲醇溶液，85%磷酸(分析純)，甲醇(色譜純)，二氯甲烷(分析純)，純凈水。長城干紅葡萄酒，嶗山啤酒，紅蘋果露酒，通明山山楂酒。市用陶器，焦家遺址出土陶片(泥質灰陶杯腹片、泥質紅陶鬶腹片，圖1)。

圖1 (a)考古出土泥質灰陶杯腹片；(b)泥質紅陶鬶腹片的內壁；(c)泥質紅陶鬶腹片的外壁

2.3 儀器和表征方法

電熱鼓風干燥箱(DHG-9076A，上海一恒)，數控超聲波清洗器(KQ2200DB，昆山市超聲儀器有限公司)，臺式高速離心機(TG16，上海盧湘儀離心機儀器有限公司)，電子天平(AR522CN，奧豪斯(常州)有限公司)，高效液相色譜儀(1220 Infinity II，安捷倫)，循環(huán)水式多用真空泵(SHB-III，鄭州長城科工貿有限公司)，旋轉蒸發(fā)器(RE-52AA，上海亞榮生化儀器廠)。

HPLC表征方法：安捷倫Polaris 180? C18-A柱(4.6 mm × 250 mm，5 μm)；檢測器：紫外檢測器，檢測波長210 nm；色譜柱溫度：40 °C；進樣量：1.0 μL；流動相：0.1%磷酸水溶液，流量1 mL·min-1。

2.4 實驗步驟/方法

2.4.1 陶片樣品的制作

將購置的陶器用干凈的鐵錘于紙盒中錘成碎塊，制作陶片樣品，樣品顆粒直徑約為1 cm，分別將其浸泡至待分析的四類酒中24小時(圖2)。

圖2 陶器樣品處理示意圖

2.4.2 有機酸的提取

用鑷子夾取浸泡好的陶片樣品于吸水紙上，按壓吸水，再將其放入干凈的燒杯中，用去離子水沖洗，去除表面殘留酒液，最后將陶片置于烘箱中100 °C烘干。

將干燥后的樣品用鐵錘錘碎，再用研缽研成粉末。稱取3.0 g樣品轉入100 mL錐形瓶中，加入45 mL 2 : 1二氯甲烷/甲醇溶液，蓋上空心塞，間歇超聲60 min。此后，抽濾，濾液轉入15 mL離心管中，在8000 r·min-1下離心20 min。將離心后的上清液轉入50 mL圓底燒瓶中，于旋轉蒸發(fā)儀中濃縮至2 mL左右，靜置，待用。

2.4.3 HPLC分析

在HPLC分析時，先對有機酸標準樣進行分析，通過摸索條件，確定基本的HPLC分析參數。此后，分別對蘋果酸、酒石酸、檸檬酸、乳酸、草酸進行定性分析和定量檢測。

標準曲線的繪制：首先準確稱量各標準樣品100.0 mg，于250 mL容量瓶中配制成400.0 mg·L-1標準母液；移取1、2、5、10、20 mL標準溶液于50 mL容量瓶中配制成8.00、16.00、40.00、80.00、160.0 mg·L-1不同濃度的標準樣品；進行HPLC分析，建立樣品濃度與峰面積的相互關系曲線。

對經過處理的四個陶片樣品進行高效液相色譜分析，分別得到模擬考古樣品中酒類殘留的有機酸含量。用同樣方法分析考古發(fā)掘出土的泥質灰陶杯腹片、泥質紅陶鬶腹片樣品。

3 結果與討論

上述五種有機酸的出峰順序為：草酸(3.219 min)、酒石酸(3.399 min)、蘋果酸(4.070 min)、乳酸(4.806 min)、檸檬酸(6.403 min) (圖3)。對這些酸進行梯度濃度分析可得標準曲線(表2)。按照本實驗的液相色譜分析方法，草酸的檢測限是0.4257 mg·L-1，酒石酸的檢測限是0.8885 mg·L-1，蘋果酸的檢測限是6.0360 mg·L-1，乳酸的檢測限是7.1093 mg·L-1，檸檬酸的檢測限是3.4672 mg·L-1。

圖3 有機酸標準樣混合物的液相色譜圖

表2 不同酸的標準曲線S

對經過不同酒浸泡的陶片樣品的分析結果表明：葡萄酒中的特征酸有酒石酸和草酸，啤酒、山楂酒、蘋果酒中的特征酸為草酸(圖4)，其提取物的特征酸含量可見于表3。

表3 陶片樣品中四類酒提取物的特征酸含量

圖4 陶片樣品中葡萄酒(a)、啤酒(b)、蘋果酒(c)、山楂酒(d)殘留物的液相色譜圖

以上結果表明，此方法可以應用于考古出土陶片的酒類殘留物分析。據此，我們對焦家遺址的24份陶片樣品進行分析檢測。其中2份樣品中發(fā)現了酒類殘留的特征酸(圖5)，泥質灰陶杯腹片中有酒石酸和草酸殘留，泥質紅陶鬶腹片中有草酸殘留，其特征酸組成可見于表4。

圖5 泥質灰陶杯腹片(a)、泥質紅陶鬶腹片(b)中酒類殘留的液相色譜圖

表4 考古樣品中酒提取物的特征酸含量

章丘焦家遺址是海岱地區(qū)的重要遺址，時間上從大汶口時期(距今約6100-4600年)延續(xù)至漢代，主要遺存集中在大汶口文化中晚期(距今約5000-4600年)，是海岱地區(qū)禮制系統初具雛形、社會復雜化進程不斷推進等關鍵演變的集中代表，是中國史前多元一體格局中的重要組成部分。利用高效液相色譜分析方法，我們發(fā)現焦家遺址部分陶器中含有明顯的酒類殘留物，這一結果對推斷大汶口時期酒器的分類、釀酒傳統、植物分布、社會演進狀況等問題有重要意義。

4 結語

本實驗以考古發(fā)掘中最常見的出土材料——陶器為背景，結合考古背景與分析化學中的高效液相色譜分析方法，介紹了酒類殘留物分析這一前沿課題，體現了考古學與化學兩學科的交叉融合。通過本實驗對陶片中酒類殘留的分析，學生可熟悉樣品的提取和液相色譜檢測方法，增強對實際化學問題的提煉與解決能力，并對考古化學這一交叉學科形成初步認識。

該實驗需提前準備所需的陶片樣品，完成有機酸的分離提純、HPLC分析及數據處理等實驗操作，并結合考古學背景對實驗結果進行分析與討論。實驗過程中，首先需要借助有機酸標準樣品分別確定不同有機酸的保留時間并繪制其標準曲線，而后進行模擬考古陶片中酒類殘留的有機酸分析，驗證不同有機酸高效液相色譜分析方法的合理性和可行性。為進一步討論此方法在考古學中的應用，可結合考古發(fā)掘的隨葬陶片，進行陶片中有機酸殘留的高相液相色譜分析，將色譜分析結果與陶片的考古背景相結合，綜合考慮植物資源分布及考古學文化交流等信息，以得到陶片使用的最合理闡釋。