Đồ án tốt nghiệp: Khảo sát các điều kiện thích hợp của chủng vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ ứng dụng xử lý nước thải chế biến thủy sản được thực hiện với mục tiêu nhằm tạo được các chế phẩm sinh học phù hợp với nước thải thủy sản, bổ sung vào hệ thống xử lý nâng cao hiệu quả xử lý ô nhiễm, góp phần bảo vệ môi trường và cải thiện tài nguyên nước ngày càng trong sạch hơn. Mời các bạn cùng tham khảo.
Mục đích của nghiên cứu
Ứng dụng chủng vi khuẩn có khả năng phân hủy hợp chất hữu cơ vào xử lý nước thải chế biến thủy sản quy mô phòng thí nghiệm.
Nhiệm vụ nghiên cứu
- Khảo sát khả năng phân hủy chất hữu cơ của chủng vi khuẩn trong môi trường nước thải chế biến thủy sản
- Khảo sát mật độ thích hợp của chủng vi khuẩn amon hóa bổ sung vào nước thải chế biến thủy sản
- Khảo sát ảnh hưởng oxy hòa tan của chủng vi khuẩn amon hóa trong xử lý nước thải chế biến thủy sản
- Khảo sát khả năng chịu muối của chủng vi khuẩn amon hóa trong xử lý nước thải chế biến thủy sản
- Khảo sát ảnh hưởng của giá thể bám dính đối với hiệu quả xử lý nước thải chế biến thủy sản
- Chạy mô hình xử lý nước thải thủy sản Bioreactor quy mô phòng thí nghiệm.
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp tổng hợp tài liệu:
Nghiên cứu, thu thập tài liệu tham khảo, tài liệu internet liên quan đến đề tài
Tổng hợp, lựa chọn các tài liệu thu thập theo mục tiêu đề ra
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:
Phương pháp định lượng NH4 +
,NO3 - và PO4 3- trong môi trường xử lý
Phương pháp xác định mật độ tế bào vi sinh vật
Phương pháp định lượng nhu cầu oxy hóa học (COD) và nhu cầu oxy sinh học (BOD) trong mẫu nước thải trước và sau xử lý
Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như giá thể bám dính, mật độ vi khuẩn, nồng độ muối và nồng độ oxy hòa tan là cần thiết để đạt được hiệu quả xử lý tối ưu trong các quá trình xử lý nước Việc tối ưu hóa những yếu tố này sẽ giúp nâng cao hiệu quả trong việc xử lý ô nhiễm và cải thiện chất lượng nước.
Dựa trên các thông số thí nghiệm tiến hành chạy mô hình xử lý nước thải thủy sản Bioreactor quy mô phòng thí nghiệm
- Phương pháp thu thập và xử lí số liệu:
Ghi nhận kết quả thí nghiệm khảo sát theo từng thời điểm cụ thể
Xử lí số liệu bằng phần mềm Microsoft Excel
Sử dụng phần mềm Statgraphics Centurion XV để xử lý và thống kê số liệu, các dữ liệu này sau đó được phân tích bằng phương pháp ANOVA và kiểm tra phân hạng LSD với mức ý nghĩa 0,05.
Ý nghĩa của đề tài
Bổ sung các chủng vi khuẩn có hoạt tính protease mạnh là cần thiết để ứng dụng trong các nghiên cứu mới về xử lý môi trường Những vi khuẩn này có tiềm năng lớn trong việc phát triển các phương pháp xử lý hiệu quả, góp phần cải thiện chất lượng môi trường.
Việc bổ sung chủng vi khuẩn phân hủy hợp chất hữu cơ vào quy trình xử lý nước thải giúp rút ngắn thời gian phân hủy và nâng cao hiệu quả xử lý nước thải, đặc biệt trong ngành chế biến thủy sản cũng như trong xử lý môi trường nước nói chung.
TỔNG QUAN
Tổng quan về công nghiệp chế biến thủy sản và nước thải chế biến thủy sản
1.1.1 Tổng quan về công nghiệp chế biến thủy sản
Việt Nam có khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm ướt, tạo điều kiện thuận lợi cho hệ thống sông ngòi dày đặc với tổng chiều dài khoảng 141.000 km Theo Bộ thủy sản, nước ta hiện có hơn 1.470.000 ha mặt nước sông ngòi thích hợp cho nuôi trồng thủy sản Bên cạnh đó, bờ biển dài từ Bắc tới Nam với nhiều vịnh, đảo và hệ thống sông ngòi, ao hồ là nguồn lợi lớn cho ngành nuôi trồng thủy sản Biển Đông giàu phù sa cùng với hai dòng hải lưu nóng ấm đã tạo ra nguồn lợi thủy hải sản phong phú, với sản lượng đánh bắt hàng năm có thể lên tới hàng triệu tấn.
Ngành chế biến thủy sản Việt Nam đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của ngành thủy sản, cùng với nghề nuôi trồng và khai thác thủy hải sản Đây là nguồn ngoại tệ chủ yếu cho đất nước, góp phần nâng cao giá trị kinh tế Quá trình phát triển và xây dựng tiềm lực chế biến thủy sản có thể được chia thành hai thời kỳ chính.
Từ năm 1976 đến 1989, ngành chế biến thủy sản gặp phải tình trạng sa sút kéo dài, chủ yếu tập trung vào sản xuất nước mắm và các sản phẩm khô Công nghệ chế biến trong giai đoạn này chủ yếu lạc hậu và mang tính thủ công.
Kể từ năm 1990, ngành công nghiệp chế biến thủy sản đã có sự phát triển mạnh mẽ cả về số lượng lẫn chất lượng Sự đổi mới trong thiết bị công nghệ và việc áp dụng các chương trình quản lý sản xuất đã giúp đáp ứng các tiêu chuẩn cao về an toàn vệ sinh thực phẩm và đa dạng hóa sản phẩm Điều này đã tạo nền tảng vững chắc cho việc mở rộng thị trường xuất khẩu và nâng cao giá trị sản phẩm thủy sản.
Ngành thủy sản Việt Nam đã liên tục vượt qua các chỉ tiêu kế hoạch Nhà nước với tốc độ tăng trưởng trung bình hàng năm từ 5-8% về sản lượng khai thác và 10-25% về giá trị kim ngạch xuất khẩu Hiện tại, ngành này đóng góp 4% vào GDP, 8% vào xuất khẩu và 9% vào lực lượng lao động của cả nước, tương đương khoảng 3,4 triệu người Các mặt hàng chủ lực trong xuất khẩu thủy sản bao gồm cá tra, cá basa, tôm và các loại động vật thân mềm như mực, bạch tuộc, nghêu, sò Trong suốt 20 năm qua, ngành thủy sản luôn duy trì tốc độ tăng trưởng ấn tượng từ 10-20%.
Theo Tổng cục Thống kê, giá trị sản xuất thủy sản năm 2014 ước đạt gần 188 nghìn tỷ đồng, tăng 6,5% so với năm 2013 Trong đó, giá trị nuôi trồng thủy sản chiếm 61,2% với hơn 115 nghìn tỷ đồng, trong khi giá trị khai thác thủy sản ước đạt hơn 73 nghìn tỷ đồng Ngành thủy sản ghi nhận xuất khẩu ấn tượng đạt 7,92 tỷ USD, tăng 18,4% so với năm trước, với Hoa Kỳ là thị trường nhập khẩu hàng đầu, chiếm 21,81% tổng giá trị xuất khẩu Mặt hàng tôm có sự tăng trưởng mạnh, chiếm khoảng một nửa kim ngạch xuất khẩu với gần 4 tỷ USD, tăng 5,8% Đến cuối năm 2014, khối lượng xuất khẩu cá tra ước đạt 750 nghìn tấn, với kim ngạch khoảng 1,70 - 1,75 tỷ USD.
1.1.2 Quy trình chế biến thủy sản
Hải sản được thu mua và lựa chọn kỹ lưỡng để đảm bảo tiêu chuẩn chế biến Các cơ sở chế biến có quy mô khác nhau áp dụng công nghệ chế biến đa dạng; trong khi các cơ sở tiểu thủ công nghiệp sử dụng công nghệ đơn giản và chế biến khô, các công ty lớn lại áp dụng công nghệ hiện đại để đạt tiêu chuẩn xuất khẩu Dây chuyền công nghệ chế biến hải sản tại mỗi cơ sở phụ thuộc vào quy mô sản xuất, tính chất nguyên liệu và sản phẩm.
Tuy nhiên nhìn chung các công nghệ chế biến ở Việt Nam đều tuân theo quy trình chế biến như Hình 1.1:
Hình 1.1 : Sơ đồ quy trình chung chế biến thủy sản
(Nguồn: Hiệp hội Chế biến và Xuất khẩu thủy sản Việt Nam, (2013))
Tôm, cá, mực, nghêu, sò Tiếp nhận nguyên liệu
Sơ chế: tách đầu tôm, mực; vảy, ruột cá…
Rửa sạch, xử lý vi sinh
Nước thải Chất thải rắn
Lọc cỡ, phân cỡ Nước
Xuất khẩu hoặc tiêu thụ trong nước
Lượng nước thải từ các công nghệ chế biến thực phẩm ở Việt Nam rất đa dạng, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nguồn nước cấp, quy trình công nghệ, phương pháp chế biến và tình trạng máy móc Cụ thể, lượng nước thải tính trên 1 tấn sản phẩm có thể dao động từ 30 đến 200 m³.
Ngành chế biến thủy sản tiêu tốn lượng nước lớn trong quy trình sản xuất, đồng thời thải ra môi trường nước thải và các chất rắn.
1.1.3 Thành phần tính chất nước thải ngành chế biến thủy sản Đặc điểm của ngành chế biến thuỷ hải sản là có lượng chất thải lớn Các chất thải có đặc tính dễ ươn hỏng và dễ thất thoát theo đường thâm nhập vào dòng nước thải
Nước thải thủy sản có thành phần phức tạp và đa dạng, được hình thành từ ba loại chính: nước thải sản xuất, nước thải vệ sinh công nghiệp và nước thải sinh hoạt Trong đó, nước thải sản xuất thường có mức độ ô nhiễm cao nhất, phụ thuộc vào đặc tính của nguyên liệu sử dụng Nước thải từ quá trình chế biến thủy sản chủ yếu chứa chất hữu cơ có nguồn gốc từ động vật, bao gồm protein và chất béo.
Nước thải từ các xí nghiệp chế biến thủy sản có hàm lượng COD dao động từ 1600 - 2300 mg/l và BOD5 từ 1200 - 1800 mg/l Trong nước thải thường chứa nhiều vụn thủy sản dễ lắng, với hàm lượng chất rắn lơ lửng cao từ 200 - 1000 mg/l Ngoài ra, hàm lượng nitơ tổng là 50 - 120 mg/l và photpho tổng là 10 mg/l.
100 mg/l pH thường nằm trong giới hạn từ 6,5 – 7,5 do có quá trình phân huỷ đạm và thải amoniac [4]
1.1.4 Nguồn gốc phát sinh và tác động môi trường của các chất ô nhiễm trong ngành chế biến thủy sản
Các nguồn ô nhiễm chính trong công ty chế biến đông lạnh được chia thành ba loại: chất thải rắn, chất thải lỏng và chất thải khí Những loại chất thải này phát sinh trong quá trình sản xuất và chế biến thực phẩm.
9 sản xuất còn gây ra các nguồn ô nhiễm khác như tiếng ồn, độ rung và khả năng gây cháy nổ
Chất thải rắn từ quá trình chế biến thủy sản như tôm, mực, cá và sò bao gồm đầu vỏ tôm, vỏ sò, mai mực và nội tạng, chủ yếu chứa các chất hữu cơ giàu đạm, canxi và phospho Toàn bộ phế liệu này được tận dụng để chế biến thành các sản phẩm phụ hoặc được bán làm thức ăn cho gia súc, gia cầm và thủy sản.
Ngoài ra, còn tồn tại một lượng nhỏ rác thải sinh hoạt, bao gồm các bao bì, dây niềng hư hỏng hoặc đã qua sử dụng, mang đặc trưng của rác thải đô thị.
Tổng quan phương pháp xử lý nước thải thủy sản 1 Các quá trình xử lý nước thải
Nước thải chứa nhiều tạp chất gây ô nhiễm với tính chất khác nhau, bao gồm chất rắn không tan, chất rắn khó tan và hợp chất tan trong nước Xử lý nước thải nhằm loại bỏ những tạp chất này, làm sạch nước để có thể thải ra môi trường hoặc tái sử dụng Phương pháp xử lý nước thải được lựa chọn dựa trên yêu cầu về chất lượng nước đầu ra, mục đích tái sử dụng, cũng như thành phần, tính chất của nước thải và yêu cầu về năng lượng, hóa chất.
Xử lý bằng phương pháp cơ học
Xử lý bằng phương pháp hoá lí và hoá học
Xử lý bằng phương pháp sinh học
Để đáp ứng yêu cầu xử lý nước thải đầu ra hiện nay, dây chuyền công nghệ xử lý nước thải cần áp dụng phối hợp nhiều phương pháp khác nhau Đặc biệt, phương pháp sinh học không thể được sử dụng độc lập mà phải kết hợp với các phương pháp cơ học và hóa lý.
1.2.1 Các quá trình trong xử lý nước thải
Phương pháp xử lý sinh học sử dụng vi sinh vật để phân hủy chất bẩn hữu cơ trong nước thải Các vi sinh vật này lấy hợp chất hữu cơ và khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng, tạo năng lượng và tăng sinh khối thông qua quá trình dinh dưỡng Quá trình phân hủy chất hữu cơ do vi sinh vật thực hiện được gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa, có thể diễn ra trong điều kiện hiếu khí (có oxy) hoặc kị khí (không có oxy).
Phương pháp xử lý sinh học là giải pháp hiệu quả để làm sạch hoàn toàn nước thải có chứa chất hữu cơ hòa tan hoặc phân tán nhỏ Quá trình này có khả năng đạt hiệu suất khử trùng lên đến 99.9% trong các công trình tự nhiên, đồng thời giảm BOD tới 90-95%.
Quá trình xử lý sinh học gồm các bước:
Chuyển hóa các hợp chất có nguồn gốc cacbon ở dạng keo và dạng hòa tan thành thể khí và thành các vỏ tế bào vi sinh
Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chất keo vô cơ trong nước thải
Loại các bông cặn ra khỏi nước thải bằng quá trình lắng
Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải hiệu quả cần kết hợp các phương pháp xử lý cơ học, hóa học và sinh học, đảm bảo quá trình xử lý diễn ra đồng bộ qua các khối khác nhau.
1.2.1.1 Khối xử lý cơ học
Quá trình tách các chất không hòa tan và dạng keo trong nước thải nhằm loại bỏ các tạp chất rắn kích thước khác nhau như rơm, cỏ, lá, gỗ, bao bì, chất dẻo, giấy, dầu mỡ, cát và sỏi Mục tiêu chính của khối xử lý này là loại bỏ cặn lớn và các vật liệu thô có thể gây tắc nghẽn thiết bị trong nhà máy Các công trình trong xử lý cơ học bao gồm song chắn rác, lắng cát, các loại bể lắng và vớt lọc dầu.
1.2.1.2 Khối xử lý hoá học
Để loại bỏ các chất thải rắn nhỏ và các chất hòa tan mà phương pháp sinh học và cơ học không xử lý được, cần áp dụng các phương pháp hóa học Các phương pháp này bao gồm các phản ứng hóa học và quá trình hóa lý giữa chất bẩn và hóa chất bổ sung, như phản ứng trung hòa, phản ứng oxi hóa - khử, phản ứng tạo kết tủa, và phân hủy các chất độc hại.
Các công trình trong khối xử lý hóa học sử dụng các phương pháp biến đổi cơ học như keo tụ, hấp thụ và hấp phụ, kết hợp với các thiết bị như bể tuyển nổi và tháp hấp phụ Những công trình này thường được lắp đặt sau các hệ thống xử lý cơ học và trước các công trình xử lý tiếp theo.
1.2.1.3 Khối xử lý sinh học
Vi sinh vật, đặc biệt là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh, đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý nước thải Chúng oxy hóa các chất hữu cơ dạng keo và hòa tan, giúp khoáng hóa các chất hữu cơ gây ô nhiễm thành các chất vô cơ, khí đơn giản và nước.
Các công trình xử lý sinh học được chia thành hai loại chính: công trình tự nhiên như cánh đồng tưới và hồ sinh học, cùng với các công trình nhân tạo như bể lọc sinh học và bể bùn hoạt tính.
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học sử dụng vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh, để chuyển hóa các chất hữu cơ gây ô nhiễm thành chất vô cơ, khí đơn giản và nước Quá trình này không chỉ giúp làm sạch nước thải mà còn góp phần bảo vệ môi trường.
Vi sinh vật có khả năng phân huỷ tất cả các chất hữu cơ tự nhiên và nhiều hợp chất hữu cơ tổng hợp Mức độ và thời gian phân huỷ phụ thuộc chủ yếu vào cấu trúc của các chất hữu cơ, độ hoà tan trong nước, cùng với các yếu tố ảnh hưởng khác.
Vi sinh vật trong nước thải tận dụng các hợp chất hữu cơ và khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng để sinh năng lượng Quá trình phân hủy chất dinh dưỡng không chỉ giúp vi sinh vật phát triển và gia tăng sinh khối mà còn làm sạch các chất hòa tan và hạt keo nhỏ có trong nước thải.
Trước khi tiến hành xử lý sinh học, cần loại bỏ các tạp chất lớn khỏi nước thải trong giai đoạn xử lý sơ bộ Phương pháp sinh học có khả năng khử các tạp chất vô cơ như sulfit, muối amon và nitrat có trong nước thải.
.các chất chưa bị oxi hoá hoàn toàn Sản phẩm của các quá trình này là khí CO 2 , H 2 O, khí N2, ion sulfat.[3],[4]
Sinh trưởng lơ lửng - bùn hoạt tính
Bùn hoạt tính là một tập hợp vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn, tạo thành các bông có màu vàng nâu, dễ lắng với kích thước từ 3 - 150 pm Những bông này chứa các chất keo dính trong khối nhầy, giúp hấp phụ các chất lơ lửng, vi khuẩn, màu sắc và mùi trong nước thải.
Tổng quan về quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ
1.3.1 Chất hữu cơ và hợp chất chứa Nitơ trong nước thải
Dựa vào khả năng có thể phân hủy nhờ vi sinh vật có trong nước mà ta có thể phân các chất hữu cơ thành hai nhóm:
Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy, bao gồm protein, carbohydrate và chất béo từ thực vật và động vật, là những hợp chất chính gây ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt và nước thải từ các xí nghiệp chế biến thực phẩm Những hợp chất này chủ yếu làm giảm oxy hòa tan trong nước, dẫn đến suy thoái tài nguyên thủy sản và giảm chất lượng nước.
Các chất hữu cơ khó bị phân hủy
Các chất hữu cơ có vòng thơm, bao gồm hydrocacbon từ dầu khí, chất đa vòng ngưng tụ, hợp chất clo hữu cơ và phospho hữu cơ, thường là các hợp chất hữu cơ tổng hợp Nhiều trong số chúng có độc tính cao đối với sinh vật và con người, tồn lưu lâu dài trong môi trường và cơ thể, dẫn đến độc tích lũy và gây ra những ảnh hưởng nguy hại đến cuộc sống.
1.3.2 Các hợp chất chứa Nitơ
Hợp chất chứa Nitơ trong nước tồn tại chủ yếu ở ba dạng: hợp chất hữu cơ, amoniac và dạng oxy hóa như nitrate và nitrite Những dạng này là các giai đoạn trong quá trình phân hủy hợp chất chứa Nitơ hữu cơ, bao gồm protein và các thành phần của protein.
Hình 1.11 Chuỗi phân hủy hợp chất chứa Nitơ hữu cơ
Nước bị ô nhiễm nếu chứa nhiều hợp chất Nitơ hữu cơ, amoniac (NH3) hoặc NH4OH, gây độc hại cho cá và sinh vật thủy sinh Nếu nước có sự hiện diện chủ yếu của nitrite (NO2-), điều này cho thấy ô nhiễm đã kéo dài hơn.
Nếu nước chứa chủ yếu hợp chất Nitơ dưới dạng nitrate (NO3), điều này cho thấy quá trình phân hủy đã hoàn tất Tuy nhiên, các nitrate chỉ tồn tại bền vững trong điều kiện hiếu khí; trong môi trường thiếu khí hoặc kị khí, chúng dễ bị khử thành N2O, NO và Nitơ phân tử, thoát ra khỏi nước và vào không khí.
Amoniac (NH 3 ): amoniac trong nước tồn tại ở dạng NH 3 và NH 4 + (NH 4 OH,
NH 4 NO 3 , (NH 4 ) 2 OH…) tùy thuộc vào pH của nước vì nó là một bazơ yếu NH 3 và NH4 + có trong nước cùng với photphate sẽ thúc đẩy quá trình phú dưỡng của nước
Nitrate (NO3 -): là sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ có chưa Nitơ có trong nước thải.[3]
1.3.3 Các quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ
1.3.3.1 Quá trình amôn hoá protein
Trong tự nhiên, có nhiều hợp chất nitơ hữu cơ như protein, axit amin, axit nucleic và urê Tuy nhiên, thực vật không thể đồng hóa các dạng nitơ hữu cơ phức tạp này.
Quá trình amôn hoá là bước quan trọng trong việc chuyển hoá các dạng nitơ hữu cơ thành NH4+ hoặc NH3, cho phép sử dụng hiệu quả hơn Trong nguồn nước, vi khuẩn amon hóa với enzyme protease ngoại bào đóng vai trò phân hủy protein thành các hợp chất đơn giản hơn như polypeptide và oligopeptide Quá trình này có thể diễn ra cả trong điều kiện hiếu khí và kị khí, góp phần vào chu trình nitơ tự nhiên.
Nhóm vi sinh vật phân hủy protein tiết ra enzyme protease, bao gồm protenase và peptidase, giúp xúc tác quá trình thuỷ phân liên kết peptide trong protein và polypeptide, tạo ra axit amin Nhiều protease còn có khả năng thuỷ phân liên kết este và vận chuyển axit amin Dưới tác dụng của enzyme proteinase, protein được phân giải thành polypeptide và oligopeptide, sau đó tiếp tục phân hủy thành axit amin nhờ enzyme peptidase ngoại bào hoặc được tế bào vi khuẩn hấp thụ và phân hủy trong tế bào Một phần axit amin được sử dụng để tổng hợp protein tạo sinh khối, trong khi phần còn lại tham gia vào các con đường phân giải khác để sinh ra NH3, CO2 và các sản phẩm trung gian Đối với các protein chứa lưu huỳnh, enzyme desulfurase từ vi khuẩn lưu huỳnh và các nhóm dị dưỡng hiếu khí khác sẽ phân hủy chúng thành H2S, scatol, indol hoặc mercaptan.
Hình 1.12 Quá trình phân hủy protein
Enzyme protease của vi sinh vật
Protease là enzyme được sử dụng nhiều nhất hiện nay trong một số ngành sản
Protease là enzyme quan trọng trong nhiều lĩnh vực như chế biến thực phẩm, sản xuất chất tẩy rửa, thuộc da, y tế, nông nghiệp và làm sạch môi trường Lượng protease sản xuất từ vi khuẩn ước tính khoảng 500 tấn, chiếm 59% tổng lượng enzyme sử dụng Ưu điểm của protease vi sinh vật là đa dạng về chủng loại và tính đặc hiệu cao, cho phép thuỷ phân hiệu quả Tuy nhiên, hệ protease vi sinh vật phức tạp, bao gồm nhiều enzyme tương tự về cấu trúc và hình dạng, gây khó khăn trong việc tách chiết Protease được chia thành hai loại: protease ngoại bào và protease nội bào, mỗi loại đảm nhận những chức năng khác nhau trong sinh lý của vi sinh vật.
Protease ngoại bào của vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong việc phân giải protein thành các axit amin, cung cấp nguyên liệu cho tổng hợp sinh khối hoặc giải phóng năng lượng và sản phẩm bậc 2 Quá trình phân giải protein không chỉ giúp vi sinh vật thu nhận dưỡng chất mà còn loại trừ các protein độc hại, ngăn cản sự phát triển của chúng trong môi trường tự nhiên.
Hình 1.13 Quá trình phân giải protein ngoại bào
Protease nội bào của vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong việc cải biến protein và enzyme, từ đó cung cấp năng lượng và vật liệu xây dựng cần thiết cho sự phát triển Ngoài ra, chúng cũng tham gia vào quá trình hình thành bào tử của vi sinh vật, góp phần hoàn thiện các chuỗi sinh học.
32 polypeptide đã được tổng hợp như: tách gốc, tách một số gốc axit amin khỏi đầu
N của chuỗi polypeptide đã được tổng hợp, trong khi protease nội bào đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy các protein không còn tác dụng trong vi sinh vật Ngoài ra, chúng còn tham gia vào một số quá trình hình thành vỏ tế bào của vi sinh vật.
Hình 1.14 Quá trình hoạt động protease nội bào
Năm 1960, Hartley chia protease ra bốn nhóm dựa trên thành phần cấu tạo của trung tâm hoạt động trong enzyme protease
Protease Group 1 consists of enzymes that contain serine in their active site, including trypsin, chymotrypsin, elastase, subtilisin, and various enzymes involved in blood coagulation, such as acrosin.
Protease nhóm 2: Bao gồm các protease có nhóm SH trong trung tâm hoạt động (bao gồm bromelin, papain, fixin, )
Protease nhóm 3 là các enzyme có chứa kim loại trong trung tâm hoạt động, đóng vai trò quan trọng trong quá trình xúc tác Những protease này bao gồm các loại protease trung tính, tham gia trực tiếp vào các phản ứng sinh hóa.
Protease nhóm 4: bao gồm các protease có nhóm α - cacboxil trong trung tâm hoạt động Nhóm này gồm pepsin, renin, protease axit của vi sinh vật
Như vậy, tùy theo vùng hoạt động pH của enzyme protease mà các protease tồn tại ở dạng protease axit, protease trung tính, protease kiềm.[5]
1.3.3.2 Quá trình amon hóa ure
Quá trình amon hóa urê ((NH2)2CO) chia ra làm 2 giai đoạn:
Giai đoạn đầu dưới tác dụng của enzyme urease do một số vi sinh vật tiết ra thủy phân urê thành muối carbonate amôn ((NH4)2CO3)
Giai đoạn 2, (NH 4 ) 2 CO 3 chuyển hóa thành NH 3 , CO 2 và H 2 O
(NH4)2CO3 NH 3 + CO2 + H2O Axit uric bị các vi sinh vật phân giải thành urê và acid tartronic Sau đó urê sẽ tiếp tục bị phân giải thành NH 3
C5H4N4O3 + 4H2O → (NH2)2CO + HOOC–CHOH–COOH