新疆出土唐代葫芦的有机残留物分析

李敬朴 胡兴军 王 博 蒋洪恩 石丹姝 杨益民 韩 宾

(1.中国科学院古脊椎动物与古人类研究所中国科学院脊椎动物演化与人类起源重点实验室，北京 100044；2.中国科学院大学人文学院考古学与人类学系，北京 100049；3.新疆文物考古研究所，乌鲁木齐 830054；4.新疆大学历史学院，乌鲁木齐 830046;5.新疆维吾尔自治区博物馆，乌鲁木齐 830091；6.岛津企业管理(中国)有限公司，北京 100020)

1 引言

葫芦(Lagenariasiceraria)，葫芦科葫芦属(Lagenaria)，原产于热带非洲[1—3]，是人类最早驯化的作物之一，广泛分布于热带及温带地区，主要包括亚洲种(L.sicerariassp.asiatica)和非洲种(Lagenariasicerariassp.siceraria)两大亚种。葫芦可能在多地独立驯化，亚洲、美洲都是重要起源地[4,5]。考古发现最早的葫芦出自美国Little Salt Spring遗址(10000 BP)[5]；中国、日本等地也有较早的葫芦出土(7000—10000BP)[6—8]。

中国古代对葫芦(称为匏、瓠、葫、壶等)有着广泛利用，可作食物、浮具、乐器、容器、燃料、药物[9,10]等。《诗》云“叶幡幡瓠，采采亨之，君子有酒，酌言尝之”，“七月食瓜，八月断壶”；《齐民要术》列“种瓠”为菜蔬之首，体现了葫芦重要的食用价值。《物原》载“燧人以瓠济水”之传说，《国语·晋语》有“夫苦匏不材，于人共济而已”之语，说明葫芦作为浮具的作用。中国的葫芦乐器可能诞生于新石器时代中期(7000—5000BP)[11]，商周时期“匏”(葫芦笙)在八音之先，云南少数民族的葫芦丝、葫芦萧也起源甚早。考古出土过一些保存相对完整的葫芦相关遗存，用途判断较为直接。如甘肃秦安大地湾遗址出土葫芦形彩陶瓶[12]，说明当时葫芦已作容器用；湖北随州曾侯乙墓出土葫芦笙[13]，云南多地出土铜葫芦笙，说明葫芦当时已作乐器用[14—16]。然而，经过长时间埋藏，葫芦通常难以保持完整形态，通过肉眼并不能确认其用途；即使确定为容器，如何识别其所盛物质也是难题。

近年来，吸附有机残留物分析(absorbed organic residue analysis，absorbed ORA)发展迅速，从分子水平解决了大量遗迹、遗物的功能识别问题[17—21]。这一方法或许是葫芦功能判断的有效手段。但长期以来，相关工作多基于陶器吸附残留物开展，针对有机容器的研究则极为罕见[22]。尽管考古环境中天然有机容器也可能保存残留物[22,23]，但其自身成分对残留物组成、保存状况的影响，以及前人研究提出的生物标记物的适用性等问题都值得探讨。

从常识来看，葫芦晒干、去籽后，即可作容器用。相比于陶瓷、玻璃等器皿，葫芦轻便且不易碎，应当是古代主要的容器之一。葫芦内壁质地疏松，如盛放酒、醋等物，可能发生吸附、渗透现象，盛放物中的有机酸、酯、醛、醇、酮等物质便可能保留。而新疆是典型的大陆性干旱气候区，适合古代有机质的保存。鉴于此，本文选取新疆两处遗址(图1)出土的若干葫芦遗存开展吸附有机残留物分析，从而判断其功能，并考量这一方法的有效性。

图1 葫芦遗存出土地点注：1.吐鲁番市阿斯塔那墓地；2.巴音郭楞蒙古自治州尉犁县克亚克库都克烽燧遗址。

2 材料与方法

2.1 样品信息

阿斯塔那晋唐墓地墓葬TAM210出土的4片葫芦残片，编号T-1、T-2、T-3、T-4；墓葬TAM532的1件完整葫芦，编号T-5；巴音郭楞蒙古自治州尉犁县克亚克库都克烽燧遗址H1、19YKTNE01两处地点出土的6片葫芦残片，编号F-1至F-6；同时，选取现代完整成熟晒干葫芦2件作为对照组，编号MA、MB(图2)。

图2 a.阿斯塔那墓地墓葬TAM210出土葫芦残片一组；b.阿斯塔那墓地墓葬TAM532出土的完整葫芦；c.克亚克库都克烽燧遗址H1出土葫芦残片一组；d.克亚克库都克烽燧遗址19YKTN02E01出土葫芦残片一组；e.现代葫芦两个(MA、MB)注：图中标尺均为2cm。

2.2 残留物提取

分析样品首先自然风干。对于葫芦残片，以手术刀刮除内壁表面约1mm以排除埋藏污染，然后刮取300mg内壁粉末，F-4表面有灰色残留，同样刮除1mm左右，再刮取300mg，记为F-4(灰)；对于古代完整葫芦，将手术刀伸入内部轻轻搅动，倒出粉末，称取300mg；对于现代完整葫芦，使用手术刀割开，去籽，刮下内壁柔软部位，称取300mg。

将提取的残留物样品放入离心管，以3ml水浸泡10min，超声、离心，去除上清液。向残渣中加入3ml 1M KOH溶液，然后超声和离心。取得上清液，加入3ml 1M HCI溶液，用0.22μm膜过滤(重复上述过程3次)，分成A和B部分。取1ml A部分，加入3ml乙酸乙酯，离心获得上清液(重复3次)。将乙酸乙酯吹干，用90 μl正己烷重新溶解，然后用硅烷化试剂(BSTFA：TMCS，99：1)在氮气保护下，70°C下反应1小时。反应后用氮气将溶剂吹干，重新溶解于100μl正己烷中，用于气相色谱-质谱(GC-MS)测试。取100μl B部分，加入10μl 0.1%(v/v)K2HPO4水溶液，用于高效液相色谱-串联质谱(HPLC-MS/MS)测试。

2.3 分析测试条件

基于GC-MS与HPLC-MS/MS建立了酒类遗存的分析流程与辨别方法[24]，本文用气相色谱单四极杆质谱仪(GC-MS QP2020 NX，岛津)对提取物进行定性分析；用高效液相色谱三重四极杆质谱(HPLC-MS/MS 8045，岛津)同时定量测试酒石酸、丁香酸、富马酸、草酸、乳酸、苹果酸、琥珀酸等7种有机酸。

3 结果与讨论

3.1 葫芦提取物的主要成份

葫芦提取物的GC-MS分析结果(图3)表明，样品T5提取物的组分及含量与现代葫芦MA、MB基本一致；样品T-1、T-2、T-3、T-4提取物成分类似，说明可能来自同一个葫芦。样品F-1、F-2、F-3的提取物成分类似，推测来自相同的葫芦；样品F-4、F-5、F-6的提取物成分类似，推测来自相同的葫芦。然而，样品T-1、F-1、F-4为代表的3组葫芦残片，其GC-MS结果差异较大，也与现代葫芦差异较大(图4)。

图4 T-1、F-1、F-4、F-4(灰)与MA的GC-MS分析总离子流图

扣除现代葫芦的所含物质，发现所有残片样品的提取物中包含了大量共同组分(表1)，即这批葫芦吸附残留物的成分接近。除了在酒类遗存分析中常见的长链酸、醇、酯等成分[25,26]，其中还普遍存在几种比较特殊的物质，如缩水甘油(可能是甘油在处理流程中发生分子内脱水反应)、豆蔻酸、香草酸、香草醛、丁香酸、乙酰丁香酸、丙二酸等，曾在现代酒中报道[25,27]过或在酒类遗存中检出过。

表1 葫芦残片样品吸附残留物的主要成分

续表1

续表1

丁香酸、丙二酸[27]等是现代葡萄酒中的主要特征物质，其中丁香酸来源于锦葵色素聚合物(Malvidin，一种花青素，葡萄、葡萄酒的主要呈色物质)的降解反应(包括碱性水解、酸性水解、热裂解、自然降解等途径)，常作为古代红葡萄酒的标记物[28,29]。这一结果暗示这些葫芦残片可能来自葡萄酒具。香草酸、香草醛等物质，推测与酿酒过程中添加的某种“增香剂”有关。

然而，丁香酸在自然界具有多种来源，并不能指向葡萄酒。蜂蜜[30]、南瓜[31]、甜菜[32]等食物中存在游离丁香酸，一些木材的热解[33]或木塞的自然降解[34]也会产生丁香酸。因此，只有来源于锦葵色素的丁香酸才有可能作为葡萄酒的标记物。本研究利用水浸过程去除可能存在的游离丁香酸，以保证通过碱性水解提取到的丁香酸源于锦葵色素。但考虑到荔枝等多种水果[35]中的丁香酸可能具有类似代谢途径，因此，丁香酸的检出不能严格指向葡萄酒，而应当是果酒或者原料含有水果的配制酒。

MA、MB和T-5样品提取物中未检出丁香酸，验证了这一处理流程的有效性。值得注意的是，可能是水浸过程去除了游离酒石酸，也可能受限于GC-MS分析的检出限，在残片样品提取物中并未发现酒石酸。

3.2 葫芦提取物中的有机酸

鉴于GC-MS的检出限较高，利用HPLC-MS/MS重新检验样品中酒石酸、丁香酸等有机酸的含量显得十分必要。HPLC-MS/MS定量分析表明现代葫芦中存在酒石酸、乳酸，含量高出古代残片样品1—2个数量级，却不含丁香酸；古代完整样品T-5同样不含丁香酸(表2)。这一结果表明，无论是在自然晒干状态下，还是经过长时间的埋藏过程，葫芦本体中均不存在丁香酸的前体锦葵色素。在去除可能存在的游离丁香酸后，这些葫芦残片中检出的丁香酸应当来自盛放物。

表2 HPLC-MS/MS主要分析结果

现代葫芦样品MA、MB提取物中存在大量酒石酸，即葫芦本体中存在酒石酸；其含量高于古代样品，说明葫芦本体中酒石酸含量可能随着时间推移而减少。古代样品中酒石酸的存在，可能来源于葫芦本体，也可能来源于盛放物质或埋藏环境。其中，样品T-5的埋藏时间与残片样品接近，其提取物中的酒石酸含量远高于残片样品。然而GC-MS分析表明，T-5提取物的成分与MA、MB一致，说明其并未用于盛放葡萄酒。因此，作为完整的葫芦，T-5较高的酒石酸含量可能得益于较为密封的埋藏环境。

MA、MB提取物中存在丰富的乳酸，说明葫芦本体可能是古代样品中乳酸的主要来源。T-5提取物中的乳酸与现代样品数量级相同，远高于残片样品，进一步说明T-5相对密封的保存环境——可能是微生物无氧呼吸所致。

3.3 葫芦作为酒器的判定

学界常以酒石酸指示葡萄酒、丁香酸指示红葡萄酒、草酸指示啤酒，但相关研究存在不同程度的争议。作为葡萄酒中最主要的有机酸，酒石酸能通过极性作用或氢键[36—38]与陶器或土壤紧密结合，从而在埋藏环境中保存下来。早在上世纪七八十年代，酒石酸就被作为葡萄酒的标记物[36,39]。然而，国内学者曾指出酒石酸并非葡萄酒独有标记物，在粮食酒中也少量存在[40]；国际上则有学者针对前人的分析方法提出质疑[41]。近些年来，一些学者优化了酒石酸的提取、分析方法[37,38]，利用气相色谱-质谱(GC-MS)即可实现考古遗存中酒石酸的可靠分析；也有学者利用液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)等分辨能力更高的仪器实现定量研究[41,42]。

酒石酸在植物界的来源比丁香酸更加广泛[43]，但大多数食用植物并未见诸酒石酸含量的报道。因此，一般情况下，酒石酸比丁香酸更适合作为考古研究中的葡萄酒等果酒产品的标记物。最近一项研究以酒石酸和苹果酸的定量关系区分葡萄酒和其他果酒产品[44]。

本研究中，根据GC-MS的分析结果可以初步判断这批样品为葫芦酒具残片。但值得注意的是，HPLC-MS/MS分析表明葫芦本体即含有大量酒石酸，这在有报道的食用植物中并不多见，再结合米酒、高粱酒中存在酒石酸的报道，表明酒石酸在食用植物界也具有广泛来源。因此，“酒石酸-葡萄酒”这一判据存在较大的局限，至少不适用于葫芦酒器的判断。同时，经过长时间埋藏，葫芦自身不产生丁香酸的前体锦葵色素，古代残片样品中普遍存在丁香酸，说明其来源为盛放其中的水果酒。鉴于此，酒石酸判据不适用于葫芦酒器研究，而样品中普遍存在的丁香酸可作为判断其用于装果酒的标记物。

3.4 葫芦盛酒种类的推测

从文献记载来看，唐代的酒分为谷物酒(主要为米酒)、果酒(主要为葡萄酒)和配制酒三大类。其中谷物酒产量最多，分布范围最广；配制酒则一般以米酒为基酒，加入药材或香料[45]。考虑到谷物酒不存在丁香酸，因此丁香酸的检出指向果酒或果酒为基酒的配制酒。

唐代酿造的果酒主要为葡萄酒[45]。唐代葡萄酒的流行，一般被认为源自新疆[45—47]。《太平御览》引《唐书》云“葡萄酒西域有之，前代或有贡献，人皆不识”。《南部新书》载“太宗破高昌，收马乳葡萄种于苑，并得酒法。仍自损益之，造酒成绿色，芳香酷烈，味兼醒酬，长安始知其味也”。除了葡萄酒，其他果类也被唐人用于酿酒，例如《岭南荔枝谱》卷六引《异史》载“唐李文孺往昌乐珑，家奴藏荔子于盎中，文孺初不知也。盛夏褥暑，香出盎外，流浆泛艳，因以曲和杭饭投之，三日成酒，芳烈过于椒桂。人多效之，因作荔酒”。由此观之，葡萄酒以外的其他果酒在唐代尚处于萌芽状态。因此，这批葫芦遗存曾经盛放的酒最可能为葡萄酒。

综合实验数据和文献记载，新疆阿斯塔那墓地和克亚克库都克烽燧遗址出土这批唐代葫芦残片曾经用于盛装葡萄酒。香草酸、香草醛的存在，暗示这种酒可能是以葡萄酒为基酒，辅以某些香料的配制酒。

3.5 唐代新疆葡萄酒业管窥

植物考古表明，新疆很早就是葡萄的种植区(300BC)[48—50]。唐代的葡萄酒也主要产于新疆等地，供应西域与内地广大地区[46,51]。唐时成书的《梁书·西北诸戎传》载高昌“出良马、蒲陶酒”[52]，《周书·异域传》也称高昌“多蒲桃酒”[53]。唐代葡萄酒的酿造技术包括自然发酵法、曲法[45,54]，有观点认为存在蒸馏酒技术[55,56]。《本草纲目》载“烧者取葡萄数十斤与大曲酿酢，入甑蒸之，以器承其滴露，古者西域造之，唐时破高昌，始得其法”。李约瑟先生据此认为蒸馏葡萄酒(白兰地)首创于中国唐代新疆[55]，宋史专家李华瑞先生也持类似观点，认为烧酒源于唐宋[56]。尽管可以推定这批葫芦样品曾用于盛放葡萄酒，但其酿造方法尚属未知，无法回答是否存在蒸馏技术。

阿斯塔那墓地在当时先后属于高昌国和唐王朝设立的西州(即高昌故城，今吐鲁番市高昌区)——唐代重要的葡萄种植、葡萄酒酿造基地[46]，至今仍是中国葡萄的重要产地；而克亚克库都克烽燧遗址则隶属于安西四镇之焉耆镇，在安史之乱之前一直是中原王朝控制西域的军事重地。那么，可以对当时的情景做此设想：唐代中央政府在西域设置众多都护府、都督府，屯驻了大量官兵和百姓，有着庞大的饮酒需求。但新疆粮食产量有限，从内地运输粮食酒则距离过长、成本过高。因此，以西州等地盛产的葡萄作酿酒原料供应天山南北军民，应是最佳选择。而葫芦具有轻便、低廉的优势，便于大规模使用与长途运输；以葫芦作为酒器用于盛放、贮藏和运输，应当是唐代新疆葡萄酒业得以繁荣的重要物质基础。

4 结论

新疆阿斯塔那墓地、克亚克库都克烽燧遗址出土的葫芦样品中含有酒石酸、丁香酸、乳酸等与酒相关的特征标记物，酒中常见的长链酸、醇、酯和香草醛等一些特殊物质。然而，本研究发现酒石酸来源广泛，在现代葫芦样品中含量丰富，不能作为葫芦装酒的判据。本研究优化了提取流程，去除游离丁香酸以保证其来源于锦葵色素的碱性水解。丁香酸普遍存在于古代葫芦残片提取物，现代样品则未检出，这可以作为葫芦盛放果酒的直接证据。结合文献所载，判断这种果酒为葡萄酒。

葫芦在中国古代广为利用，本研究首次从有机残留物分析的视角，判定了一批考古出土葫芦遗存的使用功能，探究了吸附有机残留物分析方法在有机基体研究中的有效性，讨论了葫芦作为酒器的判断依据。本研究从实物角度印证了唐代新疆发达的葡萄种植业和葡萄酒酿造业，也从一个侧面展现了唐中央政权对西域的控制。