CHU TRÌNH CHUYỂN HÓA NITƠ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ SINH HỌC VÀ KỸ THUẬT MƠI TRƯỜNG NHĨM 12:  NỘI DUNG CHÍNH Q TRÌNH ĐỒNG HĨA Q TRÌNH CỐ ĐỊNH ĐẠM Q TRÌNH AMON HĨA Q TRÌNH NITRAT HĨA Q TRÌNH PHẢN NITRAT HĨA Protein vi sinh vật  N2 Protein động vật Tiêu hóa hấp thụ  Protein thực vật Tổng hợp   NH3   NO3Nitrat đất  Q trình đồng hóa đạm vơ  Q trình cố định nito phân tử  Q trình nitrat hóa  Q trình amon hóa  Q trình phản nitrat hóa Q trình thực thực vật số VSV Đạm vơ thiên nhiên tồn dạng muối nitrat, muối amon đất nước, dạng đạm mà thực vật sử dụng mà động vật khơng sử dụng Với VSV, trừ loại chun kí sinh hầu hết tiêu thụ đạm vơ cách hấp thụ chúng chuyển chúng thành acid amin, protid, acid nucleic để xây dựng đổi tế bào Là q trình N2 chuyển thành nitơ dạng hợp chất chuyển nitơ vơ thành nitơ hữu N2 chiếm thành phần lớn khơng khí với 78% nguồn cung cấp Nitơ dồi cho vsv sử dụng khơng nên nhờ tới vsv chuyển hóa N2 thành NH3 NH4 để dễ dàng hấp thu Những vsv gọi vsv cố định đạm Chúng có khả cố định đạm thơng điều kiện nhiệt độ áp suất bình thường thơng qua enzyme nitrogenaza Chúng thành hai loại:  Vi sinh vật cố định N2 (đạm) sống tự Azotobacter vi khuẩn sống tự do, hơ hấp hiếu khí, khơng có bào tử, tế bào hình trứng Azotobacter dùng nito khơng khí để biến thành hợp chất nito thể sống Khi sống mơi trường có đầy đủ thức ăn tác dụng cố định nito thấp khơng có Azotobacter thích hợp với điều kiện hiếu khí vừa phải pH trung tính kiềm Được ứng dụng làm phân vi khuẩn gọi phân Azotobacterin cách ni Azotobacter mơi trường lỏng đặc sau đem trộn với than bùn chất ni dưỡng khác để chế thành bột Azotobacterin Vi khuẩn Azotobacter Vi khuẩn Azotobacter thích ứng pH 7,2 – 8,2, nhiệt độ 28 – 300oC, độ ẩm 40 – 60% Azotobacker đồng hóa tốt loại đường đơn đường kép, tiêu tốn gam đường gluco có khả đồng hóa – 18 mg N Ngồi Azotobacker có khả tiết số vitamin thuộc nhóm B B1, B6…, số acid hữu như: acid nicotinic, acid pentotenic, biotin, auxin Các loại chất kháng sinh thuộc nhóm Anixomyxin Azotobacter chroococcum: sinh sắc tố nâu đen, khơng tan nước, đồng hóa tinh bột, mantiol, ramnoza có chu mao, GX (trong AND) 65-66% Azotobacter beijerinckii: sinh sắc tố nâu vàng, khơng tan nước, khơng đồng hóa tinh bột, mantiol, ramnoza có chu mao, khơng di động, GX: 66% Azomonas agilis: sinh sắc tố huỳnh quang màu trắng, tan nước, khơng đồng hóa tinh bột, mantiol ramnoza có chu mao, GX: 53-54%, thường sống nước Azomonas macrocytogenes: sinh sắc tố huỳnh quang màu trắng, tan nước, khơng đồng hóa tinh bột ramnoza, đơn mao, GX: 58-59% Vi khuẩn Beijerinskii Vi khuẩn Beijerinskii có khả đồng hóa tốt loại đường đơn, đường kép, tiêu tốn gam đường gluco có khả cố định – 10 mgN Khác với vi khuẩn Azotobacter, vi khuẩn Beijerinskii có tính chống chịu cao với acid, phát triển mơi trường pH= 3, phát triển pH trung tính kiềm yếu, vi khuẩn Beijerinskii thích hợp độ ẩm 70 – 80% nhiệt độ 25 – 28 độ C Vi khuẩn Beijerinskii phân bố rộng tự nhiên, vùng nhiệt đới nhiệt đới Beijerinckia indica: khuẩn lọc màu hung hay màu hồng, khơng đồng hóa eritritol Beijerinckia mobilis: khuẩn lạc màu nâu hổ phách, khơng đồng hóa lactoza, di động mạnh Beijerinckia derxii: khuẩn lạc màu da bò, khơng di động, khơng đồng hóa eritritol, propanol benzoat, khơng đồng hóa đồng hóa yếu axetat, butirat, fumarat, lactat Tóm tắt q trình Amơn hóa protid Protein H2 , CO2 H20, CO2 Pepton Polipeptid Acid béo Metan Acid amin NH3 Phenol,indol, scatol, amin, mecaptal, H2S, CO2 Giai đoạn Chỉ vi sinh vật có enzym eczoproteaza tác dụng trực tiếp lên protid tự nhiên Protein H20 H20 Protid đơn giản Nucleioproteid Pepton Protein đơn giản Acid nucleic H20 H20 Polipeptid Peptid H20 Acid amin Acid phosphoric Đường pentoza Các bazơ nitơ hữu Giai đoạn Acid amin Thủy phân: R-CH-COOH +H20 R-CH-COOH OH NH2 + NH3 R-CH-COOH +H20 + NH3 + CO2 NH2 oxyacid R-CH2-OH Oxy hóa- điều kiện hiếu khí: +1/2O2 R-CH-COOH R-C-COOH + NH3 O NH2 +1/2O2 R-CH-COOH R-COOH + NH3 + CO2 NH2 xetoacid Hidro – điều kiện kị khí: R-CH-COOH 2H NH2 R-CH2-COOH + NH3 R-CH-COOH NH2 Khử amin NH3 trực tiếp: R-CH-CH-COOH H NH2 R-CH=CH-COOH + NH3 2H R-CH3 + NH3 + CO2 Phản ứng chuyển amin: NH2-(CH2)4-CH(NH2)-COOH Lizin HS-CH2-CH(NH2)COOH Xistein NH2-(CH2)5-NH2 + CO2 Cadaverin: chất độc xác chết H2S + CH3CH(NH2)COOH ALANIN Các hợp chất hữu tạo thành phân giải sơ acid amin -Điệu kiện yếm khí: sản phẩm khơng được, oxi hóa hồn tồn, mơi trường tích tụ nhiều acid hữu cơ, rượu, amin có nhiều chất gây mùi khó chịu độc -Điều kiện hiếu khí: hợp chất hữu đươc tạo thành oxi hóa vơ hóa hồn tồn thành cấu tử protid NH3, CO2, H2O, H2S, H3PO4 Giai đoạn Các hợp chất hữu tạo thành phân giải sơ acid amin -Điệu kiện yếm khí: sản phẩm khơng được, oxi hóa hồn tồn, mơi trường tích tụ nhiều acid hữu cơ, rượu, amin có nhiều chất gây mùi khó chịu độc -Điều kiện hiếu khí: hợp chất hữu đươc tạo thành oxi hóa vơ hóa hồn tồn thành cấu tử protid NH3, CO2, H2O, H2S, H3PO4 Tác nhân vi sinh vật Ứng dụng Vi khuẩn hiếu khí: •Bacillus mycoides •Bacillus mezentericus Bacillus megathericum •Bacillus subtilis •Pseudomonas fluorescens •Cromobacterium prodigiosum Vi khuẩn hơ hấp tùy tiện: •Proteus vulgaris •Bacterium coli Vi khuẩn yếm khí: •Bacillus putrificum Ngồi có xạ khuẩn, nấm mốc Penicillium, Aspergillus, Mucor, Tricoderma Có ý nghĩa q trình chuyển hóa đất Có ý nghĩa sản xuất nước mắm, nước chấm tương, chao, phomat Làm hư hỏng nhiều thức ăn giàu protid Bacillus mycoides Bacillus mezentericus Pseudomonas fluorescens Bacillus subtilis •Bacterium coli Proteus vulgaris - Nitrat hóa: NH bò ôxi hóa vi khuẩn nitrite hóa nitrat hóa thành NO2- NO3- 2NH3 + 3O2 = 2HNO2 + 2H20 + 158Kcal NH3 NH2OH HNO HN(OH)2 HNO2 2HNO2 + O2 = 2HNO3 + 48 Kcal HO-N=O CO2 + 4H + xKcal HO-N-OH OH HO-N=O O HCHO + H20 Vi khuẩn nitrat hóa lồi vi sinh vật dinh dưỡng vơ phương pháp tổng hợp hóa học Tác nhân vi sinh vật Ứng dụng Q trình oxi hóa muối amơn thành nitrit: -Nitrosomonas: Hình bầu dục hình cầu, gram âm, khơng có khả sinh bào tử -Nitrosospira: Trực khuẩn dấu phảy, di động nhờ tiên mao, biến dạng Q trình oxi hóa nitrit thành nitrat -Nitrobacter: trực khuẩn gram âm, kích thước nhỏ, khơng sinh bào tử Phát triển nơng nghiệp Tồn đá granit, núi đá Các vi sinh vật tiêu biểu như: Nitrosomonas, Nitrobacter, Thiobacillus denitrificans … Là tất q trình khử nitrat để tạo thành hợp chất nitơ có hóa trị nhỏ Hoặc khử nitrat đến sản phẩm cuối nitơ Q trình phản nitrat có loại: Phản nitrat hóa trực tiếp - Khử acid nitric thành acid nitơ ( NO3- thành NO2-): HNO3 + 2H - Khử nitrat ( NO3-) đến NH3: HNO3 HNO2 + H2O HNO + H2O - Khử nitrat thành nitơ N2 : 2NO3- + 12H HNO2 + H2O NH2OH NH4OH NH3 + H20 6H2O + N2  Tác nhân vi sinh vật Đa số lồi vi khuẩn tạo nên q trình phản nitrat hóa có số loại sau hoạt động mạnh nhất: Chromobacterium denitrificans, Pseudomonas fluorescens, Achromobacter stutzeri, Bacterium pyocyaneum Chúng trực khuẩn chuyển động mạnh, khơng có bào tử, dinh dưỡng hữu hơ hấp tùy tiện Ps.Acruginosa Những vi khuẩn phản nitrat hóa điển : Pseudomonas,denitrificans, Ps.Acruginosa, Ps Stutzeri, Ps Fluorescens, micrococcus…… Nhóm vi sinh vật tự dưỡngAlcaligenes Ứng dụng Sản xuất sản phẩm thịt, lạp sườn, xúc xích,…màu đỏ hồng hợp chất nitrit với chất màu thịt mioglobin, để tạo thành hợp chất người ta cho nitrat nitrat vào thịt băm nước muối   Phản nitrat hóa gián tiếp Vi sinh vật tham gia giai đoạn đầu khử NO3-  NO2- , giai đoạn cuối từ NO2-  N2 phản ứng hóa học túy HNO2 acid amin R-CH(NH2)COOH + O=N-OH R-CH(OH)COOH + N2 + H2O R-CO-NH2 + O=N-OH R-COOH + N2 + H2O Trong q trình vi khuẩn sử dụng gián tiếp làm cho hình thành acid nitơ, acid amin amino acid Đối với nơng nghiệp q trình phản nitrat hóa gián tiếp khơng có quan trọng lớn với tác dụng phải tiến hành mơi trường acid mà hầu hết đất trồng trọt có phản ứng kiềm Chu trình nitơ - Nito nguyên tố thiết yếu sinh chất - Trong tự nhiên diện khử khác nhau: NH 3, NH2-, N2, N2O, NO, NO2-, NO3- Dự trữ nitrogen quan trọng N2 khí - Sự chuyển hóa qua lại dạng cần có vai trò vi sinh vật - Cố đònh nito: + Được thực số vi sinh vật cố đònh đạm tự cộng sinh + Chuyển N từ dạng sử dụng đa số sinh vật thành dạng sử dụng + Dạng cố đònh NH3 chuyển từ khu vực phi sinh vật vào sinh khối (NH2-) vi sinh vật, thực vật - Ammôn hóa: NH3 tạo phân hủy N hữu + NH3 tái sử dụng thực vật, vi sinh vật, tồn bền dạng NH 4+ điều kiện kỵ khí hấp phụ mạnh hạt đất, tan nước - Nitrat hóa NH3: NH3 bò ôxi hóa vi khuẩn nitrite hóa nitrate hóa thành NO2- NO3+ NO3- tan tốt nước dễ bò rửa trôi, làm thất thóat đạm đất - Phản nitrat hóa: + NO3- bò khử bới vi sinh vật kỵ khí thành N2 làm thất thóat đạm đất + Giảm NO3- nước, cản trở tượng nở hoa tảo làm ô nhiễm nước [...]... ambigua Actinopolyspora Q trình amon hóa là q trình phân hủy, gây thối rữa các hợp chất hữu cơ có chứa nitơ do vi sinh vật gây ra Q trình amon hóa bao gồm 2 phần: Amơn hóa urê Amơn hóa protid Tiêu biểu như các lồi sinh vật sau: A.proteolytica, Arthrobacter spp, Baccillus cereus, Staphilococcus aureus,Thermonospora fusca, termoactinomyces vulgarries Arthrobacter Baccillus cereus 1 Amon hóa urê Trong thế giới... Aspergillus, Mucor, Tricoderma Có ý nghĩa trong q trình chuyển hóa đất Có ý nghĩa trong sản xuất nước mắm, nước chấm tương, chao, phomat Làm hư hỏng nhiều thức ăn giàu protid Bacillus mycoides Bacillus mezentericus Pseudomonas fluorescens Bacillus subtilis •Bacterium coli Proteus vulgaris - Nitrat hóa: NH bò ôxi hóa bởi vi khuẩn nitrite hóa và 3 nitrat hóa thành NO2- và NO3- 2NH3 + 3O2 = 2HNO2 + 2H20... Thiobacillus denitrificans … Là tất cả các q trình khử nitrat để tạo thành những hợp chất nitơ có hóa trị nhỏ hơn Hoặc khử nitrat đến sản phẩm cuối cùng là nitơ Q trình phản nitrat có 2 loại: Phản nitrat hóa trực tiếp - Khử acid nitric thành acid nitơ ( NO3- thành NO2-): HNO3 + 2H - Khử nitrat ( NO3-) đến NH3: HNO3 HNO2 + H2O HNO + H2O - Khử nitrat thành nitơ N2 : 2NO3- + 12H HNO2 + H2O NH2OH NH4OH... có phản ứng kiềm Chu trình nitơ - Nito là một nguyên tố thiết yếu trong sinh chất - Trong tự nhiên hiện diện ở các thế khử khác nhau: NH 3, NH2-, N2, N2O, NO, NO2-, NO3- Dự trữ nitrogen quan trọng nhất là N2 trong khí quyển - Sự chuyển hóa qua lại giữa các dạng này cần có vai trò của vi sinh vật - Cố đònh nito: + Được thực hiện bởi một số vi sinh vật cố đònh đạm tự do và cộng sinh + Chuyển N từ dạng... được + Dạng cố đònh NH3 được chuyển từ khu vực phi sinh vật vào sinh khối (NH2-) bởi vi sinh vật, thực vật - Ammôn hóa: NH3 được tạo ra do sự phân hủy N hữu cơ + NH3 được tái sử dụng bởi thực vật, vi sinh vật, tồn tại bền ở dạng NH 4+ trong điều kiện kỵ khí hấp phụ mạnh bởi các hạt đất, ít tan trong nước - Nitrat hóa NH3: NH3 bò ôxi hóa bởi vi khuẩn nitrite hóa và nitrate hóa thành NO2- và NO3+ NO3-... HO-N=O O HCHO + H20 Vi khuẩn nitrat hóa là những lồi vi sinh vật dinh dưỡng vơ cơ bằng phương pháp tổng hợp hóa học Tác nhân vi sinh vật Ứng dụng Q trình oxi hóa muối amơn thành nitrit: -Nitrosomonas: Hình bầu dục hoặc hình cầu, gram âm, khơng có khả năng sinh bào tử -Nitrosospira: Trực khuẩn dấu phảy, di động được nhờ tiên mao, có thể biến dạng được Q trình oxi hóa nitrit thành nitrat -Nitrobacter:... nitrat hóa gián tiếp Vi sinh vật chỉ tham gia giai đoạn đầu khử NO3-  NO2- , giai đoạn cuối cùng từ NO2-  N2 là do các phản ứng hóa học thuần túy giữa HNO2 và acid amin R-CH(NH2)COOH + O=N-OH R-CH(OH)COOH + N2 + H2O R-CO-NH2 + O=N-OH R-COOH + N2 + H2O Trong q trình này vi khuẩn chỉ sử dụng gián tiếp là làm cho hình thành acid nitơ, các acid amin và amino acid Đối với nơng nghiệp q trình phản nitrat hóa. .. vật Đa số các lồi vi khuẩn đều có thể tạo nên q trình phản nitrat hóa nhưng có một số loại sau hoạt động mạnh nhất: Chromobacterium denitrificans, Pseudomonas fluorescens, Achromobacter stutzeri, Bacterium pyocyaneum Chúng là những trực khuẩn chuyển động mạnh, khơng có bào tử, dinh dưỡng hữu cơ và hơ hấp tùy tiện Ps.Acruginosa Những vi khuẩn phản nitrat hóa điển hình như : Pseudomonas,denitrificans,...Vi khuẩn Clostridium Vi khuẩn Clostridium đồng hóa tốt tất cả các nguồn thức ăn nitơ vơ cơ và hữu cơ, cứ 1 gam đường gluco thì đồng hóa được 5 – 12 mgN Năm 1939 nhà bác học người Nga Vinogratxkii đã phân lập tuyển chọn được một lồi vi khuẩn yếm khí, có khả năng cố định nitơ phân tử cao, ơng đặt tên cho lồi vi khuẩn này là vi khuẩn Clostridium Đây là lồi trực... oxi hóa và vơ cơ hóa hồn tồn thành các cấu tử cơ bản của protid như NH3, CO2, H2O, H2S, H3PO4 Giai đoạn 3 Các hợp chất hữu cơ được tạo thành do sự phân giải sơ bộ các acid amin -Điệu kiện yếm khí: các sản phẩm khơng được, oxi hóa hồn tồn, mơi trường tích tụ nhiều acid hữu cơ, rượu, amin trong đó có nhiều chất gây mùi khó chịu và rất độc -Điều kiện hiếu khí: các hợp chất hữu cơ đươc tạo thành sẽ oxi hóa ... Tổng hợp   NH3   NO3Nitrat đất  Q trình đồng hóa đạm vơ  Q trình cố định nito phân tử  Q trình nitrat hóa  Q trình amon hóa  Q trình phản nitrat hóa Q trình thực thực vật số VSV Đạm vơ thiên... loại chun kí sinh hầu hết tiêu thụ đạm vơ cách hấp thụ chúng chuyển chúng thành acid amin, protid, acid nucleic để xây dựng đổi tế bào Là q trình N2 chuyển thành nitơ dạng hợp chất chuyển nitơ. .. Anabaena ambigua Actinopolyspora Q trình amon hóa q trình phân hủy, gây thối rữa hợp chất hữu có chứa nitơ vi sinh vật gây Q trình amon hóa bao gồm phần: Amơn hóa urê Amơn hóa protid Tiêu biểu lồi sinh