Acqua, alimentazione e latte: relazioni fra i caratteri isotopici e chimici

In this research project the principles and techniques of stable isotope geochemistry were applied to different samples of ingested water, hay and fodder from the cows’ diet and milk produced, collected over a period of one year starting from February 2018 until January 2019 in the Parmigiano Reggiano area. In particular, the isotope values of d18O and d2H in water and whey (water) of milk and of d13C and d15N in casein and fat separated from milk, hay and fodder were measured. These analyses were conducted at the Isotopic Geochemistry Laboratory of the Department of Chemistry, Life Sciences and Environmental Sustainability of the University of Parma. In addition, screening work was performed involving major and trace element analyses and the isotope analyses of sulfur (d34S) and 87Sr/86Sr isotope on the two-month samples (August 2018 and January 2019). These analyses were carried out at the Jožef Stefan Institute in Ljubljana (Slovenia). In this study, the geochemical characteristics of the milk components were compared with those of hay, fodder and water. It was possible to determine the fractionation factors α between: (i) milk and farm water for oxygen and hydrogen which is a function of the season; (ii) for carbon casein and fat; (iii) for carbon and nitrogen casein and the diet. In addition, a second order polynomial regression was determined through which it is possible to calculate the value of d18O of water having available that of milk (and vice versa) useful for delimiting the area of origin. By the fractionation factor α(casein-diet) it was possible to calculate, for the cattle sheds that do not use unifeedunifeed (single dish), the % of hay in the diet (around 50%) which is consistent with the provisions of the Parmigiano Reggiano Production Regulations. Regarding the isotopic composition of sulfur, the values of casein seem to be controlled mainly by hay and grass and, secondarily, by fodder. The analysis of the 87Sr/86Sr isotope ratio on water, whole milk and diet samples allowed the construction of a linear relationship with multiple independent variables (R2=0,88), from which it results that the ratio 87/86Sr of the milk is mainly determined by the ratio 87/86Sr of the hay. Finally, the application of multivariate PCA analysis to the concentration of major trace elements of freeze-dried milk and diet samples allowed us to evaluate the connection between hay, fodder and milk profiles. However, this connection is only present in some cattle sheds and, therefore, does not represent a rule. In any case it was possible to highlight that the contribution of some elements (such as P, Ca, Br and Rb) in milk is mainly determined by hay in which the concentration of elements is higher than in the fodder.

In questo progetto di ricerca i principi e le tecniche della geochimica degli isotopi stabili sono stati applicati ai campioni di acqua ingerita, di fieno e di mangime della dieta delle bovine e di latte prodotto, raccolti per un arco temporale di un anno a partire da febbraio 2018 fino a gennaio 2019 nel comprensorio del Parmigiano Reggiano. In particolare, sono stati misurati i valori isotopici di d18O e d2H nell’acqua e nel siero (acqua) del latte e di d13C e d15N nella caseina e nel grasso separati dal latte, nel fieno e nel mangime. Queste analisi sono state condotte presso il Laboratorio di Geochimica Isotopica del Dipartimento di Scienze Chimiche, della Vita e della Sostenibilità Ambientale dell’Università degli Studi di Parma. In aggiunta, è stato svolto un lavoro di screening che ha interessato le analisi degli elementi maggiori e in tracce, le analisi isotopiche dello zolfo (d34S) e il rapporto isotopico 87Sr/86Sr sui campioni di due mesi (agosto 2018 e gennaio 2019). Queste analisi sono state effettuate presso l’Istituto Jožef Stefan di Lubiana (Slovenia). In questo studio, le caratteristiche geochimiche delle componenti del latte sono state confrontate con quelle del fieno, del mangime e dell’acqua. È stato possibile determinare i fattori di frazionamento α tra: (i) il latte e l’acqua delle fattorie per l’ossigeno e per l’idrogeno che è funzione della stagione; (ii) la caseina e il grasso per il carbonio; (iii) la caseina e la dieta per il carbonio e l’azoto . Inoltre, è stata determinata una regressione polinomiale di secondo ordine attraverso la quale è possibile calcolare il valore di d18O dell’acqua avendo a disposizione quello del latte (e viceversa) utile per limitare la zona di provenienza. Attraverso il fattore di frazionamento α(caseina-dieta) è stato possibile calcolare, per le stalle che non utilizzano l’unifeed (piatto unico), la % di fieno nella dieta (attorno al 50%) che è in linea con quanto previsto dal Disciplinare di Produzione del Parmigiano Reggiano. Per quanto riguarda la composizione isotopica dello zolfo, i valori della caseina sembrano essere controllati principalmente dal fieno e dall’erba e, secondariamente, dal mangime. L’analisi del rapporto isotopico 87Sr/86Sr dell’acqua, latte totale e dieta ha permesso la costruzione di una relazione lineare a più variabili indipendenti (R2=0,88), dalla quale risulta che il rapporto 87/86Sr del latte è determinato principalmente dal rapporto 87/86Sr del fieno. Infine, l’applicazione dell’analisi multivariata PCA alla concentrazione degli elementi maggiori e in tracce dei campioni di latte liofilizzato e dieta ha permesso di valutare l'associazione tra i profili di fieno, mangime e latte. Tale associazione è presente però solo in alcune stalle e, quindi, non rappresenta una regola. È stato comunque possibile evidenziare che il contributo di alcuni elementi (quali P, Ca, Br e Rb) nel latte sia determinato principalmente dal fieno dove la concentrazione degli elementi è più elevata che nel mangime.