Нітрифікація та денітрифікація

Нітрифікація – це процес окиснення амонійних солей в азотно­кислі солі. Збудниками процесу нітрифікації є нітрифікуючі бактерії.

Нітрифікуючі бактерії можуть розвиватись тільки на мінеральних середовищах, тобто на середовищах, в яких є амонійні солі. Вони відносяться до хемоавтотрофів і живуть в ґрунтах, при­родних водоймищах, збагачуючи їх нітратами – кращими джере­лами азотистої поживи для рослин.

Професор С. Виноградський, який вважається засновником мікробіології ґрунтів, виявив, що процес нітрифікації має дві фази, кожна з яких зумовлена діяльністю особливих аеробних бактерій.

На першій фазі проходить окиснення аміаку до солей азотистої кислоти, тобто до нітритів. Ця фаза іде з участю так званих нітрозних бактерій:

2NH₃ + 3O₂  2HNO₂ + 2H₂O + 158 ккал

На другій фазі має місце подальше окиснення нітритів до нітратів, тобто до солей азотної кислоти. Ця фаза іде з участю нітратних бактерій:

2HNO₂ + O₂  2HNO₃ + 48 ккал

Всі нітрифікуючі бактерії добре розвиваються і виявляють свою життєдіяльність при рН 8–9. Це одна з причин необхідності розкис­нювання ґрунтів, внесенням в них вапна.

Денітрифікація – це відновлення нітратів до молекулярного азоту. Бактерії – збудники цього процесу – називаються денітри­фікую­чими. Вони є факультативними анаеробами і досить поширені в при­роді – в ґрунті, гною, водоймищах. Ці бактерії є шкідниками сільсь­кого господарства, оскільки завдають великої шкоди родючості ґрунту, розкладаючи найкраще джерело азотистого живлення рослин – солі азотної кислоти – до вільного азоту, який не може засво­ю­­ватися рослинами.

Денітрифікуючі бактерії можуть також розкладати нітрати до нітритів. Такі бактерії використовуються при засоленні м’яса і ковбасних виробів для надання цим продуктам приємного рожевого забарвлення. При засоленні м’яса, шинки, фаршу для ковбасних виробів та ін. до кухонної солі додають нітрати. Останні, під впливом денітрифікуючих бактерій, які завжди знаходяться на цих продуктах, відновлюють нітрати до нітритів. Нітрити ж вступають в сполуку з барвниковою речовиною – міоглобіном крові, що надає продуктам чер­­воно-рожевого кольору. Перевірити здатність до денітрифікації чистих культур бактерій, виділених з м’яса дуже просто. Для цього їх виро­щують на середовищі, в якому є нітрат, а потім додають розчин крохмалю та йодистого калію. Якщо це денітрифікатори, то нітрати відновились до нітритів, а нітритна кислота дуже активна, і тому витіснить йод із йодистого калію. В результаті йод дасть з крохмалем синє забарвлення.

2HNO₂ + 2KI  2KNO₂ + I₂ + H₂

I₂ + крохмаль  синє забарвлення

Якщо ж відновлення нітратів не має місця, синє забарвлення не з’явиться, бо нітратна кислота значно слабша, ніж нітритна і не здатна витіснити йод із йодистого калію.

HNO₃ + KI  реакція не відбувається

KI + крохмаль  забарвлення без змін

Розклад сечовини

Продуктом обміну речовин у тварин є сечовина – СО(NH₂)₂, яка виводиться з організму разом із сечею (в сечі 2,5 % сечовини). Азот у формі сечовини, так само, як і вільний азот, не засвоюється ані рослинами, ані тваринами. Якби сечовина не розкладалася бакте­ріями, то в природі накопичилася б величезна кількість сечовини.

Сечовина розкладається уробактеріями – аеробними бактеріями, які мають фермент уреазу. Ці бактерії розкладають сечовину з утво­ренням вуглекислого газу і аміаку:

уреаза

C O(NH₂)₂ + H₂O CO₂ + 2NH₃, або

уреаза

2 СО(NH₂)₂ + 3H₂O (NH₄)₂CO₃ + 2NH₃ + CO₂

Уробактерії розвиваються тільки в лужному середовищі. Оптимальне значення pH-8 (нижче 7 не розвиваються). Всі уро­бак­терії рухомі й утворюють спори. Найбільш енергійно руйнують сечовину такі види уробактерій: Urobacillus Pasteurii i Sarcina ureae. Остання – виняток із правила про те, що кулясті бактерії не здатні рухатись. Ця сарцина перитрихіально-джгутована, рухається поволі, перекочуючись з одного боку на інший.