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デンプン分析またはデンプン粒分析は、考古学研究において植物の分類群を顕微鏡レベルで特定するのに役立つ技術です。また、医薬品および食品業界の専門家が分類群の起源や食品の品質を判断するために日常的に使用することもできます。[ 1 ]ただし、考古学に関しては、この文脈でのデンプン粒の識別は比較識別によって行われ、デンプン粒のいくつかの特性を他の既知のサンプルと比較して種類を決定します。[ 2 ]この比較技術を顕微鏡で行うと、磨製石器などの特定の遺物、土壌、歯石、または陶器に関連して見つかったデンプン粒の特定の分類群を識別することができます。[ 1 ]デンプン粒分析は、道具の使用、農業活動、その他の植物ベースの生計戦略を理解し、時代を通して植物ベースの食生活を再構築するための他の形態の研究の補完として役立ちます。[ 3 ]
まず、デンプンはエネルギー源として貯蔵され、ほとんどの独立栄養植物、つまり光合成によって自ら食物を作り出すことができる植物に見られます。[ 1 ]ただし、キク科、キキョウ科、その他いくつかの科では、デンプンは貯蔵エネルギー源として利用されません。これが、デンプン粒分析による植物分類群の研究における一つの欠点となります。[ 1 ]次に、植物が利用するエネルギー源としてデンプン粒を長期保存できる能力は、デンプン粒を考古学的文脈における貴重な研究対象としています。[ 1 ]デンプンは、植物細胞内にある特殊な細胞小器官であるアミロプラストにデンプン粒として貯蔵されます。 [ 4 ]デンプン粒は、ほとんどの植物に一般的に見られること、長期保存性があること、そして属する分類群によって多様な形態や構造をとることができることから、特に研究対象として重要です。[ 4 ]
染色液は、使用する染色液の種類に応じて、デンプン粒の比較分析を容易にする一つの方法です。例えば、KovárníkとBenesが述べているように、ルゴール液はデンプン粒を濃い青色に染色し、大きさや形が似ている他の一般的な構造物と区別します。[ 1 ]この技術に加えて、コンゴレッド染料を使用すると損傷箇所がマークされ、特定の分類群の損傷の違いを研究、比較、分析しやすくなります。具体的には、赤色の濃さはデンプン粒の損傷の程度によって異なります。[ 1 ]最後に、トリパンブルーはデンプン粒内の損傷を染色するもう一つの方法で、損傷したデンプン粒のみを染色し、損傷していないデンプン粒は染色しません。[ 1 ]特に、顕微鏡下で比較するとデンプンと類似した特性を持つ他の構造物が自然界にいくつか存在するため、染色プロセスを分析に組み込むことが重要になる場合があります。[ 1 ]
石器からデンプン粒を抽出する方法はいくつかあります。コヴァルニクとベネスが説明した最も一般的な方法の1つは、デンプン粒が見つかる最も一般的な場所、例えば亀裂やその他のくぼみなどの表面をピペットでピペッティングすることです。[ 1 ]ピペッティング法で得られた水滴は、比較分析に利用するためにスライドに集められます。これは、石器がどのように使用されたか、研究対象期間中にどのような種類の植物が利用されていたかを具体的に理解するためによく用いられる手法です。[ 1 ]
もう1つの一般的な方法は、超音波処理によってデンプン粒を剥離することです。これは、音波を使用して粒子を「攪拌」し、電気信号を振動に変換して物質を分解する実験室技術です。[ 5 ]デンプン粒分析に関しては、超音波浴を使用してデンプン粒を剥離し、サンプル粒子を含む蒸留水を遠心分離します。これは、試料を回転させて、求心力、または試料の基準系によって試料が感じる仮想遠心力の結果として密度によって分離するプロセスです。 [ 6 ]この力を利用することで、密度の異なる溶液を分離することができます。 [ 6 ]したがって、デンプン粒粒子からなる最も密度の低い成分が分離され、顕微鏡スライドを準備することができます。[ 1 ]
歯石によるデンプン粒の分析は、過去の社会の食生活を復元する際に多くの情報を提供することができる。[ 2 ]具体的には、歯石は歯垢が「石灰化」した後に形成される歯の表面の層である。[ 1 ]
Tao らによる研究では、研究グループは Piperno と Dillehay が 2008 年に、Li らが 2010 年に示していた方法に従いました。[ 2 ]これらの具体的な例では、乳鉢と乳棒を使用して歯石を粉砕し、歯石と少量のCalgonを含む混合物を遠心分離して粒子を分散状態にしました。[ 2 ]抽出物を塩酸に溶解し、アセトンで洗浄すると、残留物が抽出され、比較分析を開始できます。[ 2 ]これは、歯石からデンプン粒残留物を抽出する方法の 1 つにすぎません。別の例としては、上述のように超音波処理を使用することが挙げられます。[ 1 ]
デンプン粒が属する植物分類群を決定するために比較分析を行う際には、いくつかの構造が観察されます。まず、やや大きなスケールから始め、単粒、複合粒、半複合粒などの顆粒の種類、サイズ、形状が観察されます。[ 7 ]次に、タンパク質層が沈着する領域である「へそ」があります。 [ 8 ]へそはデンプン粒上の位置が異なり、この位置は分類群によって異なる場合があります。[ 1 ]へそに加えて、「ラメラ」と呼ばれる異なる成長層が観察されますが、これは顕微鏡でしか見えない場合があります。[ 1 ]亀裂も観察できますが、これはすべてのデンプン粒ではなく、一部のデンプン粒にのみ見られます。[ 7 ] 全体として、コンピュータデータベースを使用したデンプン粒分析は、デンプン粒を区別する主な方法です。[ 1 ]これは、過去の社会の植物利用を理解するための補足的なアプローチとして役立ちます。
デンプン粒分析は完璧な科学ではありませんが、植物デンプン粒分析は、植物材料の特性と起源に応じて、複数の用途の診断機能となります。[ 9 ] 植物種のデンプン粒の大きさ、形状、構造はほとんど変化しないため、識別につながります。デンプン粒は、石器、陶器の破片、有機物、歯石、堆積物[ 10 ]、動物の遺骸から採取され、食生活や人間が野生の食用植物を利用し始めた時期を特定するために識別されてきました。[ 11 ]
場合によっては、デンプン粒が劣化することがあります。熱や吸水などの要因がデンプン粒の構造に影響を与え、識別がより困難になることがあります。遺物が良好な状態で保存されていても、浸水、脱水、乾燥、または菌類による損傷によってデンプンが破壊されることがあります。場合によっては、同じ種内でもデンプン粒の形状や大きさが異なり、粒の大きさが考古学的記録におけるその生存率に影響します。[ 12 ]
デンプンは、光合成の過程を通じて植物のエネルギー貯蔵形態として生成されます。植物がエネルギーを必要とするとき、貯蔵されたデンプンはグルコースに変換されます。[ 13 ]
デンプン粒は通常、光学顕微鏡または電子顕微鏡で顕微鏡的に識別されます。デンプン粒は、ヨウ素染色液で濃い色に染色すると、より鮮明になります。ロゴルヨウ素は、ヨウ素試薬がデンプンには容易に結合しますが、他の物質には結合しにくいため、デンプンの染色に使用される染色液の1つです。デンプン粒を識別するための特徴には、顕微鏡で観察できるヒラム（粒の中心部）、ラメラ（または成長層）、複屈折、消光十字（回転偏光下で粒上に観察できる十字形）の存在、形状、サイズなどがあります。[ 10 ]
遺物に付着した残留物に焦点を当てた考古学的研究は、一般的に実体顕微鏡を使用して低倍率から開始されます。この段階で得られるデータのほとんどは定性的なものであり、より詳細な分析のための重要な第一歩です。10倍から50倍の倍率で、対象となる残留物の位置を特定し、特徴を記述し、特定された残留物の内部構造を確認するのに十分です。[ 14 ]
現代の高性能顕微鏡は内部光源を備えており、透過光と反射光の両方で照明することができます。これらの顕微鏡は最大1000倍の倍率を提供でき、直径数マイクロメートルほどのデンプン粒の鮮明な画像を得るのに十分です。 [ 15 ]
デンプン粒は様々な大きさを示します。例えば、
しかし、それらはすべて一般的に100マイクロメートル以下の大きさであるため、さまざまな照明条件と200倍から800倍までの倍率を備えた複合顕微鏡で観察するのが最適です。[ 16 ]
デンプン粒は、比較のために標準的な参照コレクションとも比較されます。考古学者や研究者は、植物の分類とその用途に関して、次の4つの点を考慮することができます。
堆積物から採取されたデンプン顆粒は、人間の土地利用に関連する生息地を復元するために使用される。このような研究は、考古学者にとって関心のある2つの分野に取り組んでいる。
堆積物からのデンプンの分析に関わる段階は、サンプリング、デンプンの抽出、スライドのマウントと観察、および解釈である。[ 18 ]
環境に関する情報を収集するために堆積物コアや地層断面をサンプリングするには、堆積物がどのように形成されたかについての詳細な理解が必要です。[ 19 ]
ほとんどの抽出技術は、以下の一般的な方法論に従います。
デンプン顆粒は、水、グリセロール、グリセリンゼリーなどを含むがこれらに限定されない様々な封入剤を使用してスライドに固定される。試料のさらなる劣化を防ぐため、封入前に材料を完全に乾燥させることが重要である。その後、必要に応じてスライドを観察し、同定および計数を行う。[ 21 ]
デンプン粒の検査が完了した後、その結果は記録され、調査対象の研究課題との関連で解釈される。
遺物はデンプン粒を集め、微生物による腐敗から保護するため、長期保存に最適な条件を提供する。分析は、より広範な人間の行動を調べるために道具の機能に焦点を当てる場合もあるが、デンプン分析は接着剤、医薬品、その他の非食品の準備を含む工芸活動についての洞察も提供する。[ 22 ]
デンプンは、生の状態ではない場合でも研究対象となり得ます。例えば、加工デンプンは、食品加工などの過程で天然デンプンの形態的または物理化学的構造が何らかの形で破壊されたときに生成されます。デンプンを加工する最も一般的な方法は、加熱することです。デンプン質の物質と接触した可能性のある調理用の穴、炉、オーブンなどからは、加工デンプンが生成され、そこから新たな知見が得られることがあります。
加工デンプンは有機物の腐敗を受けやすいため、乾燥地帯などの特定の条件下でのみ保存される可能性が高い。古代の加工デンプンの研究は、古代の食品技術、異なる社会集団間の料理の多様性の理解に役立つだけでなく、古代の食品加工機器の機能の理解にも役立つ。[ 23 ]
保存された加工デンプンには以下のようなものがある。