能量色散X射线荧光光谱法在未处理牛初乳元素定量分析中的可行性研究

为解决传统元素检测方法（如ICP-OES）在牛初乳（BC）分析中耗时、昂贵且需破坏性前处理的问题，研究人员首次评估了能量色散X射线荧光（ED-XRF）技术对BC中Na、Mg、P、S、K、Ca和Zn的定量预测能力。研究表明，ED-XRF对S（R2 TE =0.77）和Zn（R2 TE =0.74）的预测性能优异，可作为快速筛查工具，为犊牛营养管理和BC工业应用提供新策略。

　　

牛初乳（Bovine Colostrum, BC）作为新生犊牛的第一口“营养液”，富含抗体和关键矿物质元素，对骨骼发育和代谢功能至关重要。然而，当前检测BC元素组成的金标准——电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）或质谱（ICP-MS）技术，不仅需要复杂的样本前处理（如酸消解），还存在成本高、耗时长等缺陷。面对畜牧业对快速、无损检测技术的迫切需求，能量色散X射线荧光（ED-XRF）技术因其无需样本破坏、避免有毒试剂等优势，成为潜在解决方案。但该技术在BC这类高水分生物基质中的应用尚未有研究探索。

为解决这一空白，来自帕多瓦大学的研究团队在《Journal of Dairy Science》发表论文，首次系统评估了ED-XRF对未处理BC中7种元素（Na、Mg、P、S、K、Ca、Zn）的定量预测能力。研究采集意大利威尼托地区40个牧场的160份初乳样本，通过ICP-OES测定参考值，并与ED-XRF预测结果进行对比分析。

关键技术方法包括：1）样本队列来自不同品种奶牛（西门塔尔、荷斯坦等）的初乳，采集后分装为ICP-OES和ED-XRF检测用两份；2）ICP-OES采用微波消解前处理，测定元素波长覆盖Na（589.592 nm）至Zn（213.856 nm）；3）ED-XRF直接分析未处理样本，通过氦气环境增强轻元素检测，采用Lucas-Tooth公式校正基质效应；4）通过校准集（100%样本）、训练集（70%）和测试集（30%）三阶段验证模型性能。

描述性统计
ICP-OES数据显示，BC中Ca（208.20 mg/100g）和P（192.53 mg/100g）含量最高，Zn（2.07 mg/100g）变异最大（CV=38.37%）。与文献对比发现，元素浓度受奶牛胎次、品种和牧场管理等因素显著影响，凸显监测必要性。

校准集
ED-XRF对Zn（R²
_C
=0.80）、S（0.77）和K（0.74）的预测性能最佳，而Na、Mg、P、Ca的R²
_C
均低于0.47。高摩尔质量元素（如Zn的65.38 g/mol）因特征峰明显更易预测，但Ca（40.07 g/mol）例外，可能与BC高水分导致的背景噪声有关。

训练与测试集
在独立测试集中，S（R²
_TE
=0.77）和Zn（0.74）保持优异预测性能，回收率接近100%（103.03%和100.23%）。K预测性能下降（R²
_TE
=0.68），而Na（0.08）、P（0.14）等元素模型不可靠。值得注意的是，S虽为轻元素（32.06 g/mol），却表现出与Zn相当的预测精度，可能与其在BC中的高浓度（162.94 mg/100g）有关。

讨论与结论
该研究首次证实ED-XRF可作为一种绿色高效的筛查工具，特别适用于BC中S和Zn的快速检测。尽管对Na、Mg等元素的预测仍需优化，但该技术避免了传统方法的化学前处理，单样本检测仅需4分钟，为牧场实时监控犊牛矿物质补充提供了可能。未来研究可通过扩大样本多样性或脱水预处理进一步提升精度，但需权衡操作便捷性。这一成果不仅对改善犊牛健康管理具有重要意义，也为BC衍生食品（如功能性补充剂）的质量控制提供了新思路。