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古代汉墓青铜壶液体残留通过Py-GC/MS和微化石分析鉴定为混合水果与谷物发酵的古代酒类，含乳酸、酒石酸等有机酸及甾醇衍生物，证实汉代已存在复杂发酵工艺。
作者：石书轩、王波、白瑞佳、张瑾、龚英雪、傅英春、王宇飞、魏书雅
北京科技大学文化遗产与科学技术史研究所，北京 100083，中国
摘要
为了鉴定考古遗迹中的液体成分，首先使用热解气相色谱-质谱（Py-GC/MS）技术研究了酒中的主要有机酸，从而识别出了所有目标有机酸的标记化合物，因为它们的热解产物可以被准确鉴定。接着，将这种Py-GC/MS方法应用于参考酒样，同样成功检测到了这些标记有机酸，证明了该方法用于鉴定酒的可行性。随后，利用Py-GC/MS技术和相关数据分析了从中国河南省一座汉代墓葬（公元前202年至公元220年）中出土的青铜壶中的液体残留物。除了与果酒相关的多种有机酸外，还检测到了小米的生物标志物和麦角固醇衍生物。在残留物的沉积物中发现了小米淀粉、薏苡仁、禾本科植物花粉以及酵母的微化石，这些发现进一步验证了Py-GC/MS分析的结果。因此可以得出结论，这些液体残留物是一种含有水果和小米的古代发酵饮料，酵母起到了发酵启动剂的作用。本研究不仅利用多种分析方法探讨了汉代酒的发酵成分，还展示了Py-GC/MS技术在分析考古液体残留物方面的潜力。
引言
中国拥有悠久的酿酒历史，酒文化是中国传统文化的重要组成部分。考古发现的酒类遗迹承载了人类社会赋予它们的社会、精神、礼仪和道德意义。这些遗迹与古代的社会政治、经济、农业、祭祀和技术密切相关（Wen和Li，2017）。更重要的是，古代的酿酒活动可能促进了作物的驯化和传播（Liu等人，2024a），以及陶器的出现（Li，2022）。根据对考古酒类遗迹的研究（Ding等人，2023；Feng等人，2021；Li等人，2023），谷物酒（即黄酒）是古代中国最典型的发酵饮料。此外，在许多谷物酒样本中还发现了水果作为调味添加剂（Li等人，2022；McGovern等人，2004）。迄今为止，在中国发现的最早的发酵饮料包括在商山遗址（约公元前10,000–9,000年）出土的米酒（Liu等人，2024a），以及在贾胡遗址（约公元前9,000–7,000年）出土的加入蜂蜜和水果的谷物饮料（McGovern等人，2004）。
多年来，酒类残留物的分析在世界各地的考古学研究中变得越来越重要。应用于这一研究领域的科学技术包括微化石分析（Liu等人，2024a；Wang等人，2021）、LC-MS/MS（Barnard等人，2010；Guasch-Jané等人，2005；Guasch-Jané等人，2004；McGovern等人，2009）、HPLC（Wen等人，2018；Yang等人，2008）、HPLC-MS（Li等人，2023；McGovern等人，2004）、HPLC-MS/MS（Li等人，2022）、GC/MS（McGovern等人，2005；McGovern等人，2004；Peci等人，2013a；Peci等人，2013b）、FTIR（Li等人，2023；McGovern等人，2004；Wen等人，2018；Xiao等人，2025）、Feigl斑点测试（McGovern等人，2005）、DNA分析（Duccio等人，2003；Milanesi等人，2011）。这些技术主要基于对微化石的观察以及与酿酒和发酵过程相关的生物标志物化合物的检测。在多个考古酒类残留物研究中应用了微化石分析（如淀粉和植硅体等）。通过观察植物微化石可以准确判断用于酿酒的谷物种类。发酵程度可以通过淀粉的损伤和糊化程度来判断（Liu等人，2020a；Liu等人，2020b；Liu等人，2019；Liu等人，2024b）。然而，微化石分析无法识别酒中的水果成分，而谷物与水果的混合早在新石器时代就已存在（McGovern等人，2004）。因此，识别生物标志物化合物也是分析考古酒类残留物的必要方法。有机酸的存在是判断酒类残留物类型的常见指标。由葡萄和山楂等水果产生的酒石酸（McGovern等人，2004）被认为是果酒的生物标志物化合物；丁香酸的检测可能表明存在红葡萄酒（Guasch-Jané等人，2004）；草酸是啤酒的指示物（Li等人，2023）。然而，许多植物甚至微生物的代谢过程中都可能含有多种有机酸。因此，要确定酒类残留物的性质，必须考虑有机酸的种类及其相对浓度，以及其他确凿证据。此外，麦角固醇衍生物是发酵酵母的生物标志物化合物（Isaksson等人，2010）。本研究设计了一种使用Py-GC/MS分析酒类残留物的方法。Py-GC/MS所需样本量少，检测限高，且预处理简单，已被广泛用于考古残留物的分析（Han等人，2019；Jiang等人，2021；Shi等人，2024；Shi等人，2025）。不过，它 bisher 主要用于分析药酒中的植物成分（Ding等人，2023），对于酒类残留物中的其他生物标志物的研究还较少。
汉代是中国古代酒文化发展的重要时期。首先，随着葡萄通过丝绸之路传入中国，葡萄酒开始生产并成为流行的发酵饮料（Wang，2022）。尽管蒸馏酒的起源存在争议，但在元、明、清三代（1271–1840年）的酿酒作坊中发现了蒸馏酒的残留物。然而，从西汉墓葬中出土的青铜蒸馏器经实验验证可用于蒸馏酒精饮料，这表明蒸馏酒可能早在西汉时期就已在中国出现（Yao等人，2024）。因此，汉代的酒类残留物可能是传统的谷物酒（黄酒）、发酵酒或同时经过发酵和蒸馏的酒。但目前关于汉代酒类残留物的研究案例还很少。
最近，洛阳考古所在王城街与庄园红路交汇处的东南方向进行了发掘，发现了一座汉代墓葬，其中包含两个装有液体残留物的青铜器。本研究的目的是通过Py-GC/MS、HPLC-MS/MS和微化石分析等科学方法，确定这些残留物的性质、是否为酒类、原材料及其发酵方式。
参考样本
在本研究中，选择了8种有机酸和5种酒精饮料（见表1和表2）作为现代参考样本。为了制备有机酸标准溶液，将乙醇（99.9%）加入每种有机酸中，配制成5 mg/mL的溶液。MIX样本含有8种浓度为5 mg/mL的有机酸。然后将高纯度玻璃纤维（Auto-Rx Disc，Frontier Laboratories LTD.，日本）浸泡在标准溶液中直至完全吸收。
有机酸
有机酸参考样本的THM-Py-GC/MS分析结果如图2和表3所示。
酒石酸（TA）的主要热解产物是2-丁二酸2-甲氧基二甲基酯（14#，15#），这是酒石酸的羟基与相邻碳原子上的氢原子发生脱水和甲基化反应的产物。此外，还检测到了富马酸二甲基酯和琥珀酸二甲基酯等次要成分；这些化合物也存在于其他
结论
本研究建立了一种利用Py-GC/MS分析酒中标记有机酸化合物的方法。随后，使用Py-GC/MS技术分析了从中国河南省一座汉代墓葬（公元前202年至公元220年）中出土的青铜壶中的液体残留物。在液体样本中检测到了一系列标记有机酸，如乳酸（LA）、酒石酸（TA）、丁香酸（SA）、富马酸（FA）和琥珀酸（SUA）等，这些成分可用于
作者贡献声明
石书轩：撰写初稿、方法论设计、数据分析、概念构建。
王波：撰写初稿、数据分析、概念构建。
白瑞佳：方法论设计、调查、数据分析。
张瑾：项目监督、资源协调、项目管理。
龚英雪：方法论设计、数据分析、数据管理。
傅英春：结果验证、项目监督、数据管理。
王宇飞：方法论设计、数据分析。
魏书雅：撰写、审稿与编辑、项目监督、资源协调。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家社会科学基金（项目编号：23VJXT021）的支持。感谢洛阳考古所的所有工作人员允许我们进行样本采集。
