硼酸诱导的水溶性金属切削液可培养微生物抑制作用在工业条件下的研究

《Results in Engineering》：Boric Acid–Induced Suppression of Culturable Microorganisms in Water-Miscible Metalworking Fluids under Industrial Conditions

　　

摘要
微生物污染是水溶性工艺液长期存在的技术、卫生及操作问题。尽管专业文献中已多次描述了这些液体的微生物降解及硼酸(H?BO?)的抗微生物效应，但针对真实工业运行中长期使用液体的系统研究仍然有限。此外，以往研究通常未能充分区分硼酸的化学抑制效应与过滤的机械效应，培养结果亦常未明确仅反映可培养微生物群落的事实。因此，本研究评估了硼酸浓度对采自工业加工中心长期使用工艺液的微生物污染的影响，同时对比了过滤与未过滤样品。研究新颖性在于方法上将化学抑制与过滤机械效应区分开，并对培养结果进行谨慎解读，以展示在定义实验条件下可培养微生物的抑制情况。微生物通过标准化培养程序确定，暴露于不同浓度硼酸后可评估微生物负荷随化学处理和样品状态的变化。结果为工业上硼酸短期抑制污染工艺液中微生物活性提供了方法学上更精确且相关性更高的评价。

论文解读
水溶性金属切削液(Metalworking Fluids, MWFs)在金属切削和成形操作中已有一百五十多年应用历史，尤其在需要高效散热、润滑及工艺清洁的场景中，水溶性乳液、半合成及全合成液体占据约90%的工业应用比例。MWFs的微生物污染不仅会降低切削性能，还可能导致腐蚀、异味及操作人员健康风险。传统微生物稳定方法依赖甲醛释放剂及异噻唑啉酮类生物杀菌剂，但其毒性、刺激性及法规限制促使研究者寻求替代方案。硼酸因具有潜在抗菌活性、环境和安全兼容性而受到关注。然而，工业条件下长期使用的真实液体微生物数据仍然有限，同时化学抑制与机械过滤效应的区分不够明确，培养法数据往往仅反映可培养微生物群体。鉴于此，本研究旨在系统评估硼酸浓度对工业长期使用水溶性MWF微生物污染的抑制作用，并在过滤和未过滤条件下进行对比，以提供方法学上更严谨、工业相关的参考。

在技术方法上，研究人员选取DMG MORI CLX 350车床采集已使用18个月的Blasocut BC 25 MD工艺液，对其分别进行过滤和未过滤处理，并在实验室条件下添加0、1、3、5和7 wt.%硼酸，经过机械均质处理后暴露48小时。微生物分析使用ISO 4833-2规定的Plate Count Agar (PCA)及ISO 6222规定的Nutrient Agar (NA)进行可培养微生物计数，五个生物学重复，每个重复5个技术重复，保证结果可靠性。微粒分析使用扫描电子显微镜(SEM)结合能谱分析(EDX)对过滤截留颗粒进行表征。

研究结果显示，过滤主要截留尺寸从几十至数百微米的颗粒，包括铝基、铁基金属碎屑及油滴有机颗粒，对浮游细菌无显著截留作用。在微生物计数方面，未加硼酸及1 wt.% H?BO?样品显示明显微生物生长，而硼酸浓度≥3 wt.%的样品在所有培养条件下均未检测到可培养菌落(CFU·mL?1=0)，表明可培养微生物被完全抑制。不同培养介质及温度条件下，过滤对抑制阈值无明显影响，仅在低浓度(0–1 wt.%)下出现微量差异，主要因颗粒相关微生物部分移除而非浮游菌直接截留。硼酸的抑制机制包括与微生物表面羟基反应形成硼酸酯、干扰磷脂相关膜功能及酶促代谢过程，从而表现为抑菌(bacteriostatic)作用，高浓度可能呈现一定杀菌(bactericidal)特性。尤其对革兰氏阴性菌，由于其复杂外膜结构更敏感，表现为延长滞后期、减缓生长及小菌落尺寸，甚至可能进入可存活但不可培养状态(VBNC)。

讨论部分指出，硼酸短期内可作为工业MWF微生物快速抑制干预手段，尤其适用于非计划停机或维护操作，但长期稳定性、微生物适应及液体性能影响尚需进一步研究。抑制效果主要由化学作用驱动，过滤仅通过移除颗粒相关微生物起辅助作用。本文强调了在工业长期使用液体中区分化学与机械效应的重要性，并提供了基于标准化培养法的可操作工业数据。研究结论表明，硼酸≥3 wt.%可有效抑制可培养微生物生长，为MWF生物稳定管理提供实验室依据，同时未来研究应关注长期效果、VBNC恢复及pH调控下的化学作用与酸化作用分离。该研究成果发表在《Results in Engineering》。