程慧杰 趙朋飛 李小磊,3 戴媛靜,3

(1.清華大學(xué)天津高端裝備研究院潤(rùn)滑技術(shù)研究所 天津 300300；2.季華實(shí)驗(yàn)室廣東佛山 528200;3.清華大學(xué)摩擦學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100084)

金屬加工液是指在金屬加工過(guò)程中起到冷卻、潤(rùn)滑、防銹、清洗等作用的液體，通常由礦物油、植物油或合成油等基礎(chǔ)油和少量的多種添加劑組成[1-2]。隨著我國(guó)制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，金屬切削液使用的范圍也愈發(fā)廣泛，目前礦物油作為金屬加工液基礎(chǔ)油的用量最大。但是，礦物油不僅自身生物降解性差，廢液中油液在水體中會(huì)形成油膜，致使水體中的動(dòng)植物生存受到威脅，造成水體和環(huán)境污染等問(wèn)題；并且還存在廢液難處理、委外費(fèi)用高昂等問(wèn)題；另外礦物油屬于不可再生的石油資源，發(fā)展前景受到限制[3-4]。植物油具有潤(rùn)滑性能好、黏度指數(shù)高、揮發(fā)度低、安全無(wú)毒等特點(diǎn)，同時(shí)具有原料來(lái)源廣泛易得、資源豐富、可再生可降解等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是礦物油的優(yōu)良替代品[5-6]。采用植物油替代礦物油，從源頭解決其生產(chǎn)成本高、環(huán)保性差等問(wèn)題，是近年來(lái)金屬加工液的重要發(fā)展方向。近些年來(lái)，諸多以植物油為基礎(chǔ)油的金屬加工液產(chǎn)品相繼問(wèn)世，比如巴索的Vasco1000、好富頓的M-22、科潤(rùn)的KR-C8822等。但植物油易被活性微生物降解，使其乳化液易被微生物侵染，從而引發(fā)腐敗，導(dǎo)致植物油基金屬加工液的潤(rùn)滑性能下降、壽命縮短[7]。由于金屬加工液使用工況是一個(gè)開(kāi)放式的供給-回流循環(huán)模式，外界污染源可通過(guò)多種途徑進(jìn)入系統(tǒng)，比如稀釋的自來(lái)水、空氣中灰塵、操作工人接觸引入的雜質(zhì)以及液槽管道底泥殘留物等。此外，在金屬加工液實(shí)際使用工況中，微生物侵入也是不可避免的。

目前防止切削液變質(zhì)最有效的方法就是加入化學(xué)殺菌劑，通過(guò)化學(xué)方法抑制細(xì)菌滋生，增加切削液的使用周期[8]。殺菌劑的種類有很多，但它們的作用機(jī)制大多是通過(guò)破壞細(xì)菌、真菌的細(xì)胞壁與細(xì)胞膜，使細(xì)胞內(nèi)含物外流，起到殺菌作用[9]，但殺菌劑不可避免地會(huì)對(duì)人體和環(huán)境產(chǎn)生危害，比如最常見(jiàn)的是引起操作人員皮膚過(guò)敏，并且化學(xué)殺菌劑長(zhǎng)久使用會(huì)因微生物產(chǎn)生抗性而失去效果[10]。并且，在化學(xué)殺菌劑失效之后，乳化液中的有機(jī)物成分為微生物提供了必要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而使微生物大量生長(zhǎng)繁殖，在此過(guò)程中伴隨金屬加工液的有效成分油性劑、乳化劑、緩沖劑等被降解，破壞了乳化液的油水平衡、影響其運(yùn)動(dòng)黏度，造成乳化液穩(wěn)定性下降、pH值下降，加快金屬在乳化液中的腐蝕[11]。近年來(lái)，生物技術(shù)在各行各業(yè)中廣泛應(yīng)用，生物技術(shù)本身具有成本低、效率高、能耗低、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，相較于化學(xué)殺菌劑，生物抑菌在環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性方面具有更加顯著的優(yōu)勢(shì)，選擇生物抑菌是行之有效且對(duì)人體及環(huán)境友好的腐敗控制技術(shù)。

針對(duì)植物油基金屬加工液的腐敗控制問(wèn)題，本文作者突破常規(guī)的化學(xué)抑菌方法，提出了一種全新的以菌抑菌的生物控制腐敗技術(shù)。首先從在用金屬加工液體系中提取了一株優(yōu)勢(shì)菌——銅綠假單胞菌Y1，研究了其生長(zhǎng)特性；然后將其添加到植物油基金屬加工液的乳化液中，探索其抑菌效果；最后建立可用生物抑菌工藝，以期達(dá)到減少使用甚至不使用化學(xué)殺菌劑的目的，為實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保型植物油基金屬加工液的設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)理論支撐和技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

金屬加工液：植物油基鈦合金加工液1000Ti由清華大學(xué)天津高端裝備研究院潤(rùn)滑技術(shù)研究所研制，天津清潤(rùn)博潤(rùn)滑科技有限公司生產(chǎn)；1000Ti腐敗液為某機(jī)械制造廠現(xiàn)場(chǎng)使用1年后的金屬加工液。

菌株：優(yōu)勢(shì)菌為銅綠假單胞菌Y1，為實(shí)驗(yàn)室提?。桓瘮【鶩1 (棉子糖腸球菌)，分離自1000Ti腐敗液；腐敗菌F2 (摩根菌)，分離自1000Ti腐敗液；腐敗菌F3 (解淀粉芽孢桿菌)，分離自1000Ti腐敗液。

LB液體培養(yǎng)基：10 g胰蛋白胨、5 g酵母提取物、10 g NaCl，1 L蒸餾水，pH 7.0，121 ℃滅菌20 min。

基礎(chǔ)培養(yǎng)基：5 g葡萄糖、2 g(NH4)SO4、1 g檸檬酸鈉、0.2 g MgSO4·7H2O、0.4 g K2HPO4、0.6 g KH2PO4，1 L蒸餾水，pH 7.0～7.2，121 ℃滅菌20 min。

殺菌劑：試驗(yàn)選用金屬加工液配方常用殺菌劑，具體種類和成分如表1所示。

表1 殺菌劑種類及有效成分

儀器：UV-1800PC型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海美譜達(dá)儀器有限公司生產(chǎn)；HH-4型數(shù)顯電子恒溫水浴鍋，常州國(guó)華電器有限公司生產(chǎn)；LS-35LD型立式壓力蒸汽滅菌器，江陰濱江醫(yī)療設(shè)備有限公司生產(chǎn)；THZ-98C型恒溫振蕩器，上海一恒科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)；SW-CJ-1D型單人單面垂直凈化工作臺(tái)，蘇州博萊爾凈化設(shè)備有限公司生產(chǎn)；JJ1000型電子天平，常熟市雙杰測(cè)試儀器廠生產(chǎn)；VPWRLC-250G型純水制備機(jī)，南方泵業(yè)股份有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)方法

為了系統(tǒng)地研究Y1的生長(zhǎng)特性，分別以溫度、基礎(chǔ)培養(yǎng)基的pH值、常用殺菌劑、不同營(yíng)養(yǎng)成分為單一變量，在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中監(jiān)測(cè)Y1的生長(zhǎng)情況。試驗(yàn)選取的控制溫度分別為25、30、35、40、45 ℃，控制基礎(chǔ)培養(yǎng)基的pH值分別為4、5、6、7、8、9、10、11；選取的常用金屬加工液殺菌劑為MBM、WSplus、IPBC、SPT等；試驗(yàn)時(shí)將基礎(chǔ)培養(yǎng)基的碳源和氮源換成1000Ti的原料。利用紫外分光光度計(jì)于波長(zhǎng)600 nm處測(cè)定以上菌株培養(yǎng)液的吸光度，以O(shè)D600值表示生長(zhǎng)情況(OD600值與生長(zhǎng)量成正比)。

為了驗(yàn)證Y1抑制雜菌的效果，分別設(shè)計(jì)了混菌共培養(yǎng)試驗(yàn)、強(qiáng)制腐敗試驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)?；炀才囵B(yǎng)試驗(yàn)是將Y1與1000Ti腐敗菌混合一同培養(yǎng)；強(qiáng)制腐敗試驗(yàn)是通過(guò)添加腐敗液進(jìn)行試驗(yàn)，殺菌劑按表2中比例添加；實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)(模擬加工液在數(shù)控機(jī)床液槽里的工作狀態(tài))按表3中Y1及殺菌劑比例進(jìn)行試驗(yàn)。在實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)中，分析了Y1對(duì)金屬加工液pH值、防銹性能和潤(rùn)滑性能的影響。

表2 強(qiáng)制腐敗試驗(yàn)不同添加劑組合

表3 現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)不同添加劑組合

1.3 微生物

優(yōu)勢(shì)菌Y1、腐敗菌F1、腐敗菌F2、腐敗菌F3的菌種信息見(jiàn)表4，菌落形態(tài)如圖1所示。

表4 菌種基本信息

圖1 菌種的菌落形態(tài)Fig 1 The colony morphology of the strain(a)Y1;(b)F1;(c)F2;(d)F3

2 結(jié)果及討論

2.1 銅綠假單胞菌Y1的生長(zhǎng)特性

2.1.1 Y1的生長(zhǎng)曲線

將Y1培養(yǎng)液以1%的接種量接入盛有100 mL基礎(chǔ)培養(yǎng)基的250 mL錐形瓶中，置恒溫振蕩器中，在36 ℃、120 r/min條件下培養(yǎng)，在不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)下取出培養(yǎng)液測(cè)定OD600值，得到Y(jié)1的生長(zhǎng)曲線如圖2所示。

圖2 Y1的生長(zhǎng)曲線Fig 2 The growth curve of Y1

Y1的生長(zhǎng)曲線可分為4個(gè)階段。第一個(gè)階段為延遲期，在接種初期0～2 h內(nèi)，菌體的生長(zhǎng)極為緩慢，速率基本為0。因菌體接種初期，其代謝系統(tǒng)需要適應(yīng)新的環(huán)境，同時(shí)產(chǎn)生合成酶、輔酶、其他代謝中間產(chǎn)物等，所以此時(shí)期的細(xì)胞數(shù)目保持相對(duì)穩(wěn)定。Y1的生長(zhǎng)延遲期很短，2 h后即進(jìn)入第二階段，即增殖期。經(jīng)過(guò)延遲期的準(zhǔn)備，菌體生長(zhǎng)擁有了足夠的物質(zhì)基礎(chǔ)，同時(shí)已適應(yīng)外界環(huán)境，故菌體繁殖旺盛，生長(zhǎng)速率快，生長(zhǎng)量快速增加。到增殖期中后期時(shí)，細(xì)胞生長(zhǎng)迅速，且活性高，此時(shí)段的菌體適合作為種子液，用作后續(xù)試驗(yàn)。

第三階段為穩(wěn)定期。在12～22 h內(nèi)活菌數(shù)保持相對(duì)平衡，總菌數(shù)達(dá)到最高水平，細(xì)胞代謝產(chǎn)物積累達(dá)到頂峰。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在此時(shí)期的消耗，導(dǎo)致碳氮比例失調(diào)，有害代謝產(chǎn)物積累，pH值等理化條件不再適宜，菌體生長(zhǎng)受到抑制。

第四階段為衰亡期。22 h后，菌體死亡速度大于新生成的速度，整個(gè)群體出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)。因?yàn)橛泻Υx物的過(guò)度積累，環(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)成分不足，不能夠維持菌體正常的代謝活動(dòng)，所以細(xì)胞的分解代謝大于合成代謝，大量菌體消亡。

2.1.2 溫度、pH對(duì)Y1生長(zhǎng)的影響

基礎(chǔ)培養(yǎng)基接入1%的Y1種子液，分別置于25、30、35、40、45 ℃的恒溫振蕩器中于120 r/min下培養(yǎng)48 h；另外以同樣接種量接入pH值分別為4、5、6、7、8、9、10、11的基礎(chǔ)培養(yǎng)基中，36 ℃、120 r/min條件下培養(yǎng)48 h，測(cè)定培養(yǎng)液的OD600值。

Y1在不同溫度下的生長(zhǎng)情況如圖3(a)所示，Y1適宜生長(zhǎng)溫度的范圍較寬，在20～45 ℃條件下皆可生長(zhǎng)，且隨著溫度的升高，OD600值呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)。其中，在30～35 ℃條件下，OD600值較高，說(shuō)明此溫度范圍有利于菌體的生長(zhǎng)，Y1的最適生長(zhǎng)溫度為35 ℃。隨著溫度的上升，菌體中的生物化學(xué)反應(yīng)速率和生長(zhǎng)速率加快，但同時(shí)伴隨著菌體的重要組成如蛋白質(zhì)、核酸等隨著溫度的增高而可能遭受不可逆的破壞[12]。因此，只有在一定溫度范圍下，菌體的代謝活動(dòng)與生長(zhǎng)繁殖才隨著溫度的上升而增加，當(dāng)溫度上升到一定程度，就會(huì)對(duì)菌體產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致其功能急劇下降以至死亡。因此，隨著溫度的升高，生長(zhǎng)量先增加后減小。

圖3 溫度和pH值對(duì)Y1生長(zhǎng)的影響Fig 3 Effect of temperature (a) and pH value(b) on the growth of Y1

圖3(b)為不同pH值條件下Y1的OD600值，隨著培養(yǎng)基pH值的升高，OD600值呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，pH值在5～10范圍內(nèi)Y1均能生長(zhǎng)，最適宜Y1生長(zhǎng)的pH值為7。pH過(guò)高或過(guò)低會(huì)使菌體內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子所帶電荷發(fā)生變化，影響其生物活性，甚至導(dǎo)致微生物變性失活，還可能引起細(xì)胞膜電荷變化，影響細(xì)胞對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收[13]。

2.1.3 殺菌劑對(duì)Y1生長(zhǎng)的影響

將Y1種子液以1%的接種量分別接入添加不同殺菌劑的基礎(chǔ)培養(yǎng)基中，在恒溫振蕩器中于36 ℃、120 r/min條件下培養(yǎng)48 h，測(cè)定培養(yǎng)液的OD600值，培養(yǎng)前后差值表示增長(zhǎng)量，結(jié)果如表5所示。

表5 單一殺菌劑對(duì)Y1生長(zhǎng)的影響

由表5可知，Y1對(duì)BK、MBM、WSplus、M-701、M-789、M-BBF、NEUF652、OK、IPBC、SPT等幾種殺菌劑具有一定耐受性，Y1可以在這幾種殺菌劑存在下生長(zhǎng)繁殖。考慮到與1000Ti體系的適配性，選擇將BK、MBM、WSplus、IPBC、SPT 5種殺菌劑在培養(yǎng)基中的相對(duì)添加量增大，考察其對(duì)Y1生長(zhǎng)的影響，其結(jié)果如表6所示。

表6 5種殺菌劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)Y1生長(zhǎng)的影響

由表6可以看出，當(dāng)殺菌劑BK、SPT的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別提高到0.125%和0.05%時(shí)，Y1的生長(zhǎng)繁殖受到強(qiáng)烈抑制作用；當(dāng)MBM、WSplus、IPBC質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到加工液的參考用量(0.175%)時(shí)，Y1生長(zhǎng)繁殖情況依然良好，說(shuō)明Y1對(duì)這3類殺菌劑具有一定的耐受性。

根據(jù)以上單一殺菌劑對(duì)Y1生長(zhǎng)的影響，選擇添加不同量(具體見(jiàn)表7)的殺菌劑組合到基礎(chǔ)培養(yǎng)基，接種1%的Y1種子液，在36 ℃、120 r/min的搖床條件下培養(yǎng)48 h，以不接菌的培養(yǎng)基為對(duì)照，測(cè)定培養(yǎng)液的OD600值，其結(jié)果如表7所示。

表7 組合殺菌劑對(duì)Y1生長(zhǎng)的影響

由表7可知，在不同殺菌劑組合情況下，Y1均能生長(zhǎng)繁殖；在MBM(0.15%)+SPT(0.375%)和WSplus(0.15%)+IPBC(0.05%)2種殺菌劑組合情況下，假單胞菌Y1的增長(zhǎng)量較低。

綜合以上結(jié)果可知，Y1對(duì)一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的BK、MBM、WSplus、M-701、M-789、M-BBF、NEUF652、OK、IPBC、SPT等單一殺菌劑及一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的MBM+SPT、WSplus+IPBC殺菌劑組合具有耐受性。

2.1.4 不同營(yíng)養(yǎng)成分對(duì)Y1生長(zhǎng)的影響

金屬加工液常使用環(huán)烷基橡膠油(礦物油)、白油(礦物油)、菜籽油(植物油)、妥爾油(植物油)、3955 (自乳化脂)、C103 (鋁緩蝕劑)、硼酸酯(防銹劑)、二甘醇胺(pH值調(diào)節(jié)劑)、三乙醇胺(堿值儲(chǔ)備劑)作為配方原料。分別利用這些物質(zhì)代替基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的碳源、氮源，然后按1%的接種量接種Y1種子液與1000Ti腐敗液，放置于恒溫振蕩器中在36 ℃、120 r/min條件下培養(yǎng)48 h。測(cè)定培養(yǎng)液的OD600值變化量，其結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 營(yíng)養(yǎng)成分對(duì)Y1生長(zhǎng)的影響

Y1及腐敗菌大量繁殖消耗，主要集中在菜籽油、妥爾油和3955 (自乳化脂)3種物質(zhì)。這3種物質(zhì)均為植物油，植物油易被微生物分解代謝，可作為微生物生長(zhǎng)繁殖的優(yōu)質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。從Y1相對(duì)腐敗菌增長(zhǎng)量可以看出，在這3種原料作為碳源的情況下，Y1增長(zhǎng)量高于腐敗菌增長(zhǎng)量，具有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。此外，菜籽油、妥爾油和3955 (自乳化脂)均是金屬加工液1000Ti的主要成分，可以推測(cè)Y1在1000Ti體系中可以取得生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，從而抑制其他腐敗菌的生長(zhǎng)繁殖。

2.2 混菌共培養(yǎng)試驗(yàn)中Y1的抑菌效果

在液態(tài)LB培養(yǎng)基中，將Y1與腐敗菌等量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%)進(jìn)行混合培養(yǎng)，并以腐敗菌(質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%)單獨(dú)培養(yǎng)作參比，培養(yǎng)條件為36 ℃、120 r/min，考察假單胞菌Y1對(duì)腐敗菌的抑制作用，其結(jié)果如圖4所示。Y1與腐敗菌F1、F2、F3共培養(yǎng)時(shí)，僅發(fā)現(xiàn)Y1的菌落，說(shuō)明Y1能夠取得絕對(duì)的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。其原因應(yīng)包含2個(gè)方面：(1) Y1的抗生作用。即Y1代謝過(guò)程中可能產(chǎn)生了能夠抑制腐敗菌生長(zhǎng)繁殖的抑菌物質(zhì)，這類物質(zhì)在低質(zhì)量分?jǐn)?shù)下就能對(duì)非他類微生物的生長(zhǎng)和代謝起到抑制作用，導(dǎo)致其他微生物出現(xiàn)原生質(zhì)凝聚、菌絲體扭曲、細(xì)胞發(fā)生自溶而死亡；(2) Y1的營(yíng)養(yǎng)和空間競(jìng)爭(zhēng)作用。在同一環(huán)境中的2種或者2種以上的微生物個(gè)體之間，對(duì)生存空間、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、氧氣等搶占形成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，Y1相對(duì)腐敗菌具有營(yíng)養(yǎng)和空間競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致腐敗菌無(wú)法正常繁殖代謝[14-17]。

圖4 培養(yǎng)基中接種不同微生物時(shí)的生長(zhǎng)情況Fig 4 Growth of different microorganisms inoculated in the medium(a)Y1+F1;(b)Y1+F2;(c)Y1+F3;(d)F1;(e)F2;(f)F3

2.3 強(qiáng)制腐敗試驗(yàn)中Y1的抑菌效果

將金屬加工液1000Ti (無(wú)殺菌劑)用水稀釋至5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)，按表2添加不同量的Y1、腐敗液(含有大量的腐敗菌F1、F2和F3)和殺菌劑WSplus (1000Ti配方中WSplus的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%，稀釋后為0.15%)，然后置于30 ℃水浴中，每天曝氣8 h，定期取樣檢測(cè)微生物繁殖生長(zhǎng)情況，考察Y1在強(qiáng)制腐敗條件下的抑菌效果[18-22]。

由表9可知，若在無(wú)殺菌劑的1000Ti中單獨(dú)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%的Y1，從第7天開(kāi)始，1000Ti中僅生長(zhǎng)Y1，其占據(jù)完全生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)；若在無(wú)殺菌劑的1000Ti中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5% Y1的同時(shí)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%的腐敗液，1000Ti中Y1從第14天開(kāi)始占據(jù)生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)；若在無(wú)殺菌劑的1000Ti中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%的Y1和質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%的腐敗液，同時(shí)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05%的殺菌劑WSplus，1000Ti中Y1從第14天開(kāi)始占據(jù)完全生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)；當(dāng)配合加入殺菌劑WSplus的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.075%或0.1%時(shí)，1000Ti中Y1從第7天開(kāi)始占據(jù)完全生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。

表9 不同時(shí)間內(nèi)微生物生長(zhǎng)情況

總體而言，在金屬加工液1000Ti中添加腐敗液進(jìn)行強(qiáng)制腐敗試驗(yàn)的條件下，Y1可以逐漸取得生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，直至完全占據(jù)生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。這可能是由于Y1產(chǎn)生了某些抗菌物質(zhì)，導(dǎo)致腐敗菌死亡；或者是由于Y1相對(duì)腐敗菌在營(yíng)養(yǎng)物和生存空間競(jìng)爭(zhēng)上具有優(yōu)勢(shì)，致使腐敗菌繁殖代謝受到抑制。另外，由于Y1對(duì)殺菌劑WSplus具有耐受性，然而腐敗菌對(duì)WSplus無(wú)耐受性，所以當(dāng)WSplus添加量增大時(shí)，Y1能在更短時(shí)間內(nèi)取得生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。目前1000Ti配方中殺菌劑WSplus的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%，稀釋后為0.15%，從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，利用Y1可以實(shí)現(xiàn)在該體系中不使用或者少使用殺菌劑的情況下完全抑制該體系中腐敗菌的生長(zhǎng)。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)中Y1的抑菌效果

將金屬加工液1000Ti (無(wú)殺菌劑)用水稀釋至5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)，按表3添加不同量的Y1、殺菌劑WSplus，置于30 ℃水浴，每天曝氣8 h，除了檢驗(yàn)Y1的抑菌效果外，還重點(diǎn)分析了Y1的加入對(duì)金屬加工液pH值、防銹性能和潤(rùn)滑性能的影響。

2.4.1 Y1對(duì)微生物的影響

由表10可知，若在無(wú)殺菌劑的1000Ti中未添加Y1和WSplus，1000Ti中僅生長(zhǎng)腐敗菌，腐敗菌數(shù)量隨時(shí)間逐漸增多；若在無(wú)殺菌劑的1000Ti中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.15%的WSplus，1000Ti中未生長(zhǎng)腐敗菌；若在無(wú)殺菌劑的1000Ti中添加Y1，由于Y1可能分泌抗菌物質(zhì)或者爭(zhēng)搶營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生存空間，1000Ti中Y1從第14天開(kāi)始占據(jù)生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。另外，由于Y1對(duì)殺菌劑WSplus具有耐受性，而腐敗菌對(duì)WSplus無(wú)耐受性，所以當(dāng)WSplus添加量增大時(shí)，Y1菌數(shù)增多。

表10 不同時(shí)間內(nèi)微生物生長(zhǎng)情況

2.4.2 Y1對(duì)pH值的影響

金屬加工液在使用過(guò)程中，腐敗菌的生長(zhǎng)會(huì)分解其中的堿值儲(chǔ)備劑，且腐敗菌的代謝產(chǎn)物一般呈酸性，致使金屬加工液的pH值不斷下降[23]。另一方面，中性pH值的金屬加工液中腐敗菌更容易滋生，所以金屬加工液在使用過(guò)程中一般需要維持其pH值≥8.5，以此防止腐敗發(fā)生。由圖5可知，在1000Ti中加入Y1的第3天，其pH值有所下降，其后進(jìn)入穩(wěn)定區(qū)，一直到第56天，pH值一直維持在9.0以上，說(shuō)明Y1的加入未對(duì)該金屬加工液的pH值產(chǎn)生影響。未添加Y1或WSplus的金屬加工液pH值從第28天開(kāi)始持續(xù)下降，pH值的降低原因可能為大量腐敗菌的滋生會(huì)產(chǎn)生呈酸性的代謝產(chǎn)物。Y1或WSplus的加入，均可抑制腐敗菌的滋生，從而保證金屬加工液的pH值長(zhǎng)時(shí)間維持穩(wěn)定。

圖5 不同時(shí)間內(nèi)Y1對(duì)1000Ti pH值的影響Fig 5 The effect of Y1 on pH value of 1000Ti at different time

2.4.3 Y1對(duì)防銹性能的影響

取濾紙放入培養(yǎng)皿中，稱取鑄鐵屑2 g，分別移取不同時(shí)間待測(cè)液2 mL，使所有鐵屑潤(rùn)濕，蓋上培養(yǎng)皿，在28 ℃放置2 h，除去鑄鐵屑，用自來(lái)水沖洗，觀察銹蝕情況[24]。

腐敗菌可代謝產(chǎn)生有機(jī)酸等酸性物質(zhì)，容易引起金屬銹蝕，同時(shí)腐敗菌的滋生會(huì)分解消耗防銹劑，進(jìn)而降低金屬加工液的防銹性能。由表11可見(jiàn)，試驗(yàn)時(shí)間持續(xù)至第56天，Y1都沒(méi)有影響1000Ti的防銹性能，一直處于最高防銹等級(jí)。Y1可能未分解1000Ti中起防銹作用的組分或分解量極低，不足以影響其性能，而且Y1又能抑制腐敗菌生長(zhǎng)，避免了腐敗菌消耗防銹劑以及產(chǎn)生酸性物質(zhì)致使防銹性能降低。未添加Y1和WSplus的1000Ti中生長(zhǎng)繁殖了大量腐敗菌，在42天后防銹性能等級(jí)下降。

表11 不同時(shí)間內(nèi)Y1對(duì)1000Ti防銹性能的影響

2.4.4 Y1對(duì)潤(rùn)滑性能的影響

以Microtap攻絲扭矩儀測(cè)試金屬加工液的成形潤(rùn)滑性[25]。測(cè)試條件：測(cè)試塊為TC4鈦合金；轉(zhuǎn)速為500 rad/min；攻絲深度為20 mm；孔徑為3.7 mm；刀具為擠壓絲錐。

由表12可知，與對(duì)照組相比，4組試驗(yàn)組的攻絲扭矩分別提高5.39%、4.70%、0.70%、1.04%?？梢?jiàn)對(duì)于金屬加工液1000Ti，Y1的加入對(duì)其潤(rùn)滑性能的影響較小。1000Ti的主要潤(rùn)滑物質(zhì)為植物油，Y1的生長(zhǎng)繁殖雖然會(huì)消耗掉一部分植物油，但其生長(zhǎng)可以抑制腐敗菌對(duì)植物油的消耗，對(duì)比整體而言植物油的消耗量跟添加0.15%WSplus的1000Ti(實(shí)際使用過(guò)程中的金屬加工液配方)相當(dāng)，即Y1的加入不會(huì)影響1000Ti的潤(rùn)滑性能。

表12 Y1對(duì)1000Ti潤(rùn)滑性的影響(第56天)

綜上所述，Y1可以作為一種優(yōu)勢(shì)菌添加到金屬加工液1000Ti中，能夠在保證金屬加工液各項(xiàng)主要性能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)良好的抑菌效果，是一種可行的以菌抑菌技術(shù)。

3 結(jié)論

為了盡可能減少植物油基金屬加工液中化學(xué)殺菌劑的使用，尋找生物以菌抑菌的方法，首先對(duì)Y1的生長(zhǎng)特性進(jìn)行研究，然后分析了不同試驗(yàn)條件下Y1的抑菌效果，得到了以下3點(diǎn)主要結(jié)論：

(1)銅綠假單胞菌Y1的最適生長(zhǎng)條件：溫度為40 ℃，pH值為6.0；Y1對(duì)BK、WSplus等單一殺菌劑及WSplus+IPBC等組合殺菌劑均具有耐受性。

(2)在混菌共培養(yǎng)試驗(yàn)、強(qiáng)制腐敗試驗(yàn)中，Y1均表現(xiàn)出良好的抑菌效果，能夠較好抑制1000Ti中主要腐敗菌F1、F2和F3的滋生，并且配合極少量殺菌劑使用時(shí)，其抑菌效果更佳。

(3)在實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)中，Y1同樣具有良好的抑菌效果，并且對(duì)金屬加工液的pH值、防銹性能和潤(rùn)滑性能均無(wú)不良影響，可以保證56天內(nèi)的金屬加工液乳液運(yùn)行性能穩(wěn)定，證實(shí)了生物抑菌技術(shù)的可行性和良好效果。