Quá trình phản nitrat hóa

25/04/2019 - Đăng bởi :

Quá trình phản nitrat hóa là một quá trình phức tạp ta có thể hiểu theo hai nghĩa:

Nghĩa rộng: Phản nitrat hóa là bất kỳ một quá trình khử nitrat nào dẫn tới tạo thành những hợp chất khó khử hơn (nitrit, amoniac) các hợp chất hữu cơ chứa nitơ.

Nghĩa hẹp: Là một quá trình khử nitrat mà sản phẩm cuối cùng là tạo thành nitơ phân tử.

Quá trình phản nitrat hóa xảy ra theo hai chiều hướng khác nhau. Nghĩa là phản nitrat hóa trực tiếp và phản nitrat hóa gián tiếp.

1. Phản nitrat hóa trực tiếp

Quá trình phản nitrat hóa trực tiếp gây ra do nhiều loài vi sinh vật khác nhau. Trong đó đáng chú ý nhất là những loài sau: Chromobacterium denitrificans – Loài này không tạo bào tử, chúng thuộc loài yếm khí tùy tiện. Chúng có khả năng khử  nitrat thành N2 tự do.

Achromobacter stutzeri: Thường tạo thành chuỗi dài, có khả năng làm đông tụ sữa và có khả năng lên men đường tạo thành hơi, phát triển trên môi trường pepton, tạo thành H2S. Khi phát triển trong điều kiện yếm khí thì chúng khử nitrat.

Pseudomonas fluorescens: Là trực khuẩn chuyển động. Hầu như chúng không tạo thành chuỗi.

Bact. Pyocyaneum: Chúng tham gia khử nitrat và nitrit, đến phân tử nitơ tự do và tạo thành sắc tố màu xanh trong môi trường.

Cơ chế của quá trình có thể xảy ra 3 trường hợp khác nhau:

* Khử axit nitric thành axit nitrơrit. Nhiều loài vi khuẩn và nấm hoại sinh có thể khử axit nitric nhưng chỉ khử axit nitơrit

HNO3 + 2H -> HNO2 + H2O

* Một số vi khuẩn có thể khử nitrat đến NH3

HNO3 + 8H -> NH3 + 3H2O

* Nhiều loài vi sinh vật khác có thể khử HNO3 đến N2 tự do. Quá trình này có thể qua một số giai đoạn trung gian khác nhau. Ta có thể tóm tắt như phương trình sau:

2HNO3 -> 2HNO2 -> 2HNO -> N2

Những quá trình khử nitrat đều có ý nghĩa năng lượng. Các vi khuẩn tham gia phản nitrat hóa đều là những vi sinh vật hô hấp tùy tiện. Trong điều kiện  thoáng khí chúng dùng CO2 làm chất nhận H2. Trong điều kiện yếm khí chúng sử dụng nitrat làm nhiệm vụ này.

Thí dụ trong quá trình hô hấp yếm khí của chúng, kết hợp với sự khử nitrat xảy ra như sau:

1) C6H12O6 + 6H2O + 12 dehydrogenaza = 6CO2  + 12 dehy-H2

2) 4NO3 + 12 dehy-H2 = 12H2O + 2N2 + 12 dehydrogenaza

Tổng hợp chung như sau:

C6H12O6 + 4-HNO3 = 6CO2 + 6H2O + 2N2 + 420 Cal

Ý nghĩa:

- Quá trình phản nitrat hóa làm tổn thất một lượng nitơ trong đất, vì thế làm thiệt hại cho sản xuất nông nghiệp. Trong trường hợp yếm khí và khi ta tiến hành ủ phân quá trình phản nitrat hóa xảy ra rất mạnh pH thích hợp cho quá trình này là trung tính hoặc kiềm pH = 7 – 8,2.

- Trong công nghiệp thực phẩm quá trình phản nitrat hóa tới nitrit có tác dụng trong sản xuất thực phẩm như lạp xưởng, xúc xích, dăm bông. Màu đỏ hồng của các loại này là do hợp chất của nitrit với chất màu của thịt là mioglobin. Để tạo thành hợp chất đó người ta cho nitrit hoặc nitrat vào thịt băm hoặc nước muối. Nếu dùng nitrat thì đầu tiên phải cho vi sinh vật khử thành nitrit. Sau đó nitrit kết hợp với mioglobin và với hemoglobin để tạo thành nitrosomyoglobin và nitrosohemoglobin có màu đỏ tươi (chủ yếu do (NO) tác dụng). Qua xử lý nhiệt các chất này chuyển thành nitrosochromogen có màu hồng, vì thế chúng được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp chế biến thịt. Ngoài ra nitrit còn giữ giá trị cảm quan của thịt cá, như mùi vị đặc trưng của thịt cá ướp muối.

Tuy nhiên, nếu sử dụng quá nhiều sẽ gây độc hại cho cơ thể con người. Vì lúc đó chúng sẽ tác dụng với amin để tạo thành nitrosamin theo phản ứng sau:

R-NH2 + HONO -> R-NH-NO + H2O

Nitrosamin thường gây giảm tuổi thọ, giảm cân và nhiều trường hợp có thể gây bệnh ung thư. Vì thế hiện nay cần phải chú ý những mặt sau:

- Trong tất cả các trường hợp không nên dùng nitrit hoặc nitrat cho vào thức ăn của trẻ em.

- Phải nắm vững qui định về liều lượng nitrat và nitrit  khi sử dụng mà đã cho phép.

- Phải có người chuyên trách pha chế theo tỷ lệ nhất định. Liều lượng cho phép ở một số nước như sau: Ở Liên Xô 75ppm nitrit và 100ppm nitrat trong sản phẩm thịt và trong thành phẩm không được quá 1530ppm. Ở Mỹ 3,5 oz (1oz = 28,35gam) natri nitrat hoặc kali nitrat cho 100 lb (1lb = 45kg) thịt (nếu dùng thịt cứng) và 2,75 oz cho 100 lb nếu là thịt mềm. Nếu nitrat natri và nitrat kali thì liều lượng 1 oz cho 100 lb thịt cứng là 0,25 oz cho 100 lb thịt mềm.

Nói chung không nên quá 0,30% nitrat tức là 0,3 kg cho 100 kg thịt và 0,020% nitrit tức là 0,020 kg cho 100 kg thịt.

2. Phản nitrat hóa gián tiếp

Đây cũng là quá trình làm tổn thất hàm lượng nitơ trong đất vì các hợp chất của nitơ được chuyển thành N2. Giai đoạn cuối của quá trình này là các phản ứng hóa học thuần túy xảy ra giữa các axit nitơ và các hợp chất aminoaxit và amit

R-CHNH2-COOH + O=N-OH -> R-COOH-COOH + N2 + H2O

R-CO-NH2 + O2 = N-OH -> RCOOH + N2 + H2O

Trong trường hợp này vi sinh vật chỉ tác dụng gián tiếp là làm hình thành a.nitơ (phần lớn là do quá trình khử nitrat) các axit amin và các amit.

- Đối với nông nghiệp quá trình phản nitrat hóa gián tiếp không có ý nghĩa lớn lắm vì trong đất phần  lớn là phản ứng kiềm mà phản ứng xảy ra lại cần axit.

Nguồn tài liệu: Sách “Công nghệ vi sinh vật

Tác giả: Nguyễn Đức Lượng"

ĐĂNG KÝ NHẬN BẢN TIN

Đăng ký nhận các tin tức và chương trình Khuyến mãi

HOTLINE

1800 6206