CN105018377B - 一种高产丁酸乙酯的干酪乳杆菌及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有高产丁酸乙酯的干酪乳杆菌及其应用,属于微生物学领域。本发明的干酪乳杆菌:(1)具有耐酸性,在酸性(pH 4.0)环境下生长良好;(2)具有耐胆盐能力,在1‑3%盐环境下生长良好;(3)细胞自溶度较高;(4)菌株产酸能力不强;(5)细胞内丁酸乙酯合成能力高;(6)细胞内丁酸乙酯分解能力弱。本发明的干酪乳杆菌CGMCC No.10343可用于发酵食品,可有效提高产品中丁酸乙酯类的含量,且对产品感官品质特性具有一定的改善作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种高产丁酸乙酯的干酪乳杆菌及其应用,属于微生物领域。
背景技术
丁酸乙酯能够赋予发酵食品果香风味,对发酵制品整体风味的平衡起促进作用。拥有果香风味的发酵食品深受消费者的喜爱,因此通过提高发酵食品中的丁酸乙酯含量而加强其果香风味具有良好的应用前景。
研究发现,发酵乳制品、豆制品和果蔬制品中乙酯类物质的合成途径主要是通过微生物的酯化反应和醇解反应进行的。酯化反应是脂肪酸(C2-C10)与乙醇在酯酶的作用下进行;醇解反应是甘油三酯(C2-C10)与乙醇在醇酰基转移酶的作用下进行;此外,酯酶除了拥有合成酯的能力,还具有降解酯的能力。因此影响发酵乳制品中乳酸菌的丁酸乙酯合成的因素主要有1、底物:丁酸和乙醇;2、酶:酯酶和醇酰基转移酶活力,而具有高产乙酯类物质能力的乳酸菌应具有较强的底物合成与与酯酶活力。
研究表明微生物的丁酸乙酯合成差异较大。María(María C.Abeijón Mukdsi,Roxana B.Medina et al.Ester synthesis by lactic acid bacteria isolated fromgoat’s and ewe’s milk and cheeses.Food Chemistry117(2009)241–247)等人对不同种属的乳酸菌乙酯的合成能力的研究表明,拥有显著乙酯合成能力的菌株具有较高的酯酶活力。因此鉴于丁酸乙酯的果香风味特征及其应用,本发明筛选出一株高产丁酸乙酯的干酪乳杆菌,并且将其应用于发酵剂、发酵乳品、发酵豆制品和发酵果蔬制品等发酵食品中,提高发酵食品中的丁酸乙酯含量而加强其果香风味。
发明内容
为了克服以上问题,本发明筛选了一株高产丁酸乙酯的干酪乳杆菌,并且将其应用于发酵剂、发酵乳、发酵豆制品和发酵果蔬制品等发酵食品中,提高发酵食品中的丁酸乙酯含量而加强其果香风味。
本发明的第一个目的是提供一种高产丁酸乙酯的干酪乳杆菌(Lactobacilluscasei)CCFM310,该菌于2015年1月12日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCC No.10343,保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号,中国科学院微生物研究所。
所述的干酪乳杆菌CGMCC No.10343具有下述性质:
(1)具有耐酸性,在酸性(pH4.0)环境下生长良好;
(2)具有耐盐能力,在1-3%盐浓度下生长良好;
(3)细胞自溶度较高,24h时达到20.58±0.60%;
(4)菌株产酸能力不强,24h后pH变化1.38±0.03;
(5)细胞内丁酸乙酯合成能力高,达到6.35±0.81μg/mg细胞总蛋白;
(6)细胞内丁酸乙酯分解能力弱,仅为每分钟每克蛋白0.12±0.00对硝基苯酚含量。
所述干酪乳杆菌CGMCC No.10343,是从我国传统食品泡菜中筛选出的。
本发明的第二个目的是提供所述干酪乳杆菌CGMCC No.10343的应用。
所述应用,在本发明的一种实施方式中,是指在发酵食品方面的应用。
所述发酵食品,在本发明的一种实施方式中,包括:乳制品、豆制品、果蔬制品。
所述乳制品,在本发明的一种实施方式中,包括酸奶、活性乳酸菌饮料、酸奶油、奶酪等。
所述豆制品,在本发明的一种实施方式中,包括酸豆奶、豆腐乳、豆豉、豆酱等。
所述果蔬制品,在本发明的一种实施方式中,包括发酵黄瓜、胡萝卜、甜菜、芹菜、酵素等。
所述发酵食品的应用,在本发明的一种实施方式中,是在生产发酵乳制品、豆制品和果蔬制品的常规生产过程中,把干酪乳杆菌CGMCC No.10343按照常规使用量接种到待处理的原料中,在能够使所述干酪乳杆菌CGMCC No.10343繁殖的温度、压力下进行发酵或存活。通过CGMCC No.10343的加入,其代谢产物使发酵制品具有一定的酸度、香味等优异特性,同时使产品延长了保藏时间,改善了产品营养价值和消化性。
所述应用,在本发明的一种实施方式,是用于制备活性乳酸菌饮料;具体是:将原料乳进行巴氏杀菌处理,冷却,按照乳体积计3-5%向乳中接入保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌和干酪乳杆菌CGMCC No.10343工作发酵剂,然后在42℃下进行发酵4-6h,冷却搅拌后,加入其它配料,均质后包装即得。
所述应用,在本发明的一种实施方式,是用于制备酸豆奶;具体是:浸泡大豆、去除大豆皮,然后沥去浸泡水、磨浆,保温一段时间后筛网过滤,然后离心分离得粗豆奶,再将它加热到140-150℃,迅速抽真空,在降温至30-42℃,然后接入干酪乳杆菌CGMCC No.10343使其浓度达到109cfu/ml以上,冷藏,即得酸豆奶。
所述应用,在本发明的一种实施方式,是用于制备果蔬饮料;具体是:选用新鲜蔬菜洗净后榨汁,然后高温瞬间灭菌,降温至30-42℃,再接入干酪乳杆菌CGMCC No.10343使其浓度达到109cfu/mL以上,冷藏,即得果蔬饮料。
所述应用,在本发明的一种实施方式,是用于制备发酵乳;具体是:向原料乳中加入8-12%的蔗糖,搅拌溶解,然后将乳化稳定剂溶解后按以0.3%加入乳中,在18-22MPa下进行均质,再按照乳体积计3-5%向乳中接入保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、干酪乳杆菌CGMCC No.10343,在30-42℃下进行发酵,发酵时间6-8h至凝乳,将凝乳后的酸乳放置成熟,即得。
本发明的第三个目的是提供一种含有所述干酪乳杆菌CGMCC No.10343的发酵剂。
所述发酵剂,在本发明的一种实施方式中,为直投式发酵剂。
所述直投式发酵剂,在本发明的一种实施方式中,是按以下方法制备得到的:将干酪乳杆菌CGMCC No.10343培养至活菌数达到108cfu/mL以上,然后进行离心处理、缓冲液冲洗、加入冻干保护剂,调整细胞浓度至109cfu/mL以上,混合均匀后进行真空冷冻干燥,冻干后即得直投式发酵剂。
所述直投式发酵剂,在本发明的一种实施方式中,是将含有干酪乳杆菌CGMCCNo.10343的菌液通过真空冷冻干燥工艺制备的粉剂,它含有109CFU/g以上的活性干酪乳杆菌CGMCC No.10343。
所述干酪乳杆菌的培养,在本发明的一种实施方式中,是厌氧条件37℃下静置培养。
所述干酪乳杆菌的培养,在本发明的一种实施方式中,是使用MRS培养基。
本发明的有益效果是:
1、安全健康,成本低廉:本发明中所述的干酪乳杆菌CGMCC No.10343是可用于食品的安全菌株,可用于制备食品用发酵剂,制得的乳制品相较通过直接添加酯类物质等,生产成本小、绿色天然,营养健康。
2、本发明干酪乳杆菌CGMCC No.10343能有效提高发酵制品中丁酸乙酯物质的含量,且对产品感官品质特性具有一定的改善作用。
生物材料保藏
干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)CCFM310,于2015年1月12日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏号为CGMCC No.10343,保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号,中国科学院微生物研究所。
附图说明
图1:添加干酪乳杆菌CGMCC No.10343的发酵酸豆奶中丁酸乙酯含量;
图2:添加干酪乳杆菌CGMCC No.10343的发酵酸豆奶的感官评定结果;
图3:干酪乳杆菌CGMCC No.10343在不同pH条件和不同浓度的胆盐条件下的生长情况;图4:干酪乳杆菌CGMCC No.10343的自溶度。
具体实施方式
实施例1:直投式发酵剂的制备
干酪乳杆菌CGMCC No.10343直投式发酵剂含有活菌数在109-1010cfu/mL。该菌剂可直接加入到发酵乳制品中进行发酵,从而省略了传统继代式发酵剂使用过程中菌种活化等扩大培养过程,减少了菌种车间的成本和空间。
制备步骤如下:
1、干酪乳杆菌CGMCC No.10343的活化:
从保存于-80℃的甘油管内吸取100~300μL干酪乳杆菌CGMCC No.10343菌液,接种至1000mL MRS肉汤培养基中,于37℃恒温孵育24~48h;吸取200~500μL孵育后菌液接种至1000mL MRS肉汤培养基中,重复这一步骤2~4次得到活化的干酪乳杆菌CGMCC No.10343菌液,使得干酪乳杆菌CGMCC No.10343活菌数达到108cfu/mL以上。将活化后的菌液在4000rpm/min,10min,4℃条件下离心使菌体沉淀,弃去上清后用pH7.0的PBS缓冲液对菌体沉淀进行洗涤并重悬,重复这一步骤2~3次并弃去上清,得到菌体浓度在109~1010cfu/g的活性菌体。
2、直投式发酵剂的制备:
选择脱脂乳液作为冻干保护剂,将离心得到的菌体和脱脂乳液(10%的脱脂乳,混匀后在105℃10~15min湿热灭菌得到)按质量比1:10~1:20充分混匀,得到菌体浓度在108~109cfu/g的干酪乳杆菌CGMCC No.10343脱脂乳悬浮液。将悬浮液置于-80℃冰箱中预冻2~3h,预冻完成后置于真空冻干机中冻干。即得到活菌浓度在109~1010cfu/g的冻干干酪乳杆菌CGMCC No.10343菌粉发酵剂。
实施例2:干酪乳杆菌CGMCC No.10343在制作发酵豆奶方面的应用
采用软水浸泡大豆,在温度80℃下浸泡2h,再去除大豆皮。接着,沥去浸泡水,再加沸水磨浆,并在高于80℃的温度条件下保温12min。得到的浆料用150目筛网过滤,接着进行离心分离,得到的离心液即为粗豆奶,再将它加热到温度140-150℃,然后将热粗豆奶迅速导入真空冷却室进行抽真空,所述粗豆奶中的异味物质随着水蒸汽迅速排出。经过真空脱气后,将其温度降至约37℃,再接入本发明的干酪乳杆菌CGMCC No.10343工作发酵剂,使其浓度达到109CFU/ml以上,在温度4℃下冷藏保存,于是得到含本发明干酪乳杆菌CGMCCNo.10343活菌的酸豆奶。
比较了添加或者不添加干酪乳杆菌对发酵酸豆奶中丁酸乙酯含量的影响,结果如图1所示,结果表明添加有干酪乳杆菌CGMCC No.10343的酸豆奶中丁酸乙酯含量上升了150%,风味明显得到改善,结果见图2。
实施例3:干酪乳杆菌CGMCC No.10343在制作发酵乳方面的应用
原料乳的获取:购自于无锡天资乳业的合格的标准化原料乳。
向原料乳中加入8-12%的蔗糖,搅拌溶解。将乳化稳定剂溶解后按以0.3%加入牛乳中,在18-22MPa下进行均质。按照乳体积计3-5%向乳中接入保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌和上述制备的干酪乳杆菌CGMCC No.10343工作发酵剂(其体积比为1:1:1)接种后的牛乳在37℃下进行发酵,发酵时间6-8h至凝乳。将凝乳后的酸乳放置于4℃成熟24h后,即得到所述的发酵乳。
实施例4:干酪乳杆菌CGMCC No.10343在制作活性乳酸菌乳饮料方面的应用
将原料乳进行巴氏杀菌处理,冷却至42℃。按照乳体积计3-5%向乳中接入保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌和上述制备的干酪乳杆菌CGMCC No.10343工作发酵剂(三菌体积比为1:1:1)。接种后的牛乳在42℃下进行发酵,发酵时间4-6h至凝乳。冷却搅拌后,加入其它配料(稳定剂、乳化剂、螯合剂)。均质后包装即得到所述的发酵乳。
实施例5:干酪乳杆菌CGMCC No.10343在制作果蔬饮料方面的应用
选用新鲜蔬菜洗净后榨汁,接着进行高温瞬间灭菌,在温度140℃下高温热杀菌2秒后,立即降温到温度约37℃,再接入本发明制备的干酪乳杆菌CGMCC No.10343菌剂发酵剂,使其浓度达到109CFU/mL以上,在温度4℃下冷藏保存,于是得到含本发明干酪乳杆菌CGMCC No.10343活菌的果蔬饮料。
实施例6:直投式工作发酵剂的制备
干酪乳杆菌CGMCC No.10343以2%的接种量接种于MRS液体培养基中,在37℃培养20-24h,使得干酪乳杆菌CGMCC No.10343活菌数达到108cfu/mL以上,进行离心处理,离心条件:4000rpm,10min,4℃,用pH7.0的PBS缓冲液冲洗沉淀2次后,加入冻干保护剂,调整细胞浓度至109cfu/mL,混合均匀后进行真空冷冻干燥,冻干后即得所述的干酪乳杆菌CGMCCNo.10343直投式工作发酵剂。
实施例7:干酪乳杆菌CGMCC No.10343的特性
干酪乳杆菌CGMCC No.10343的菌种培养方法:
MRS平板纯化分离:无菌条件下用接种环挑取干酪乳杆菌CGMCC No.10343,在MRS平板上划线,平板置于培养箱中37℃培养48h,挑取单菌落进行镜检,实现菌株纯种分离。
菌株活化:从-70℃冰箱中取出冻藏菌株,融化后取100微升菌液接种于灭菌的MRS液体培养基中,在温度37℃下生长18h,划线,在固体MRS中37℃下培养48h,挑选单菌落接种于灭菌的MRS液体培养基,活化三代后进行实验。
MRS培养基组成:10g蛋白胨、10g牛肉膏、5g酵母提取物、20g葡萄糖、5g乙酸钠、2g磷酸氢二钾、2g柠檬酸二胺、0.1g硫酸镁、0.05g硫酸锰、1g吐温80与1000mL蒸馏水,pH6.2-6.4,该培养基在115℃下灭菌20min。
培养条件:厌氧添加下静置培养。
下面将详细描述这些实验与分析认证结果。
(1)具有耐酸性,在酸性(pH4.0)环境下生长良好;
将冷冻保存的本发明干酪乳杆菌CGMCC No.10343接种于MRS培养基中,在37℃下培养24h,如此反复传代培养2~3次后,选取在上述条件下生长得到的菌液1.0mL,接种于9.0mL pH值分别为4.0、5.0、6.0的MRS培养基后,在37℃下进行培养24h,测定不同酸性环境下干酪乳杆菌CCFM12的OD600值。通过测定OD600值的变化大小。
实验结果如图3所示,干酪乳杆菌CGMCC No.10343在pH4.0的酸性条件下培养24h后OD值增加量为2.04,具有较好的耐酸能力。
(2)具有耐盐能力,在1-3%盐浓度下生长良好;
将冷冻保存的本发明干酪乳杆菌CGMCC No.10343接种于MRS培养基中,在37℃下培养24h,如此反复传代培养2~3次后,选取在上述条件下生长得到的菌液1.0mL,接种于9.0mL食盐浓度分别为0%、1%、2%、3%的MRS培养基后,在37℃下进行培养24h,测定不同盐浓度环境下干酪乳杆菌CGMCC No.10343的OD600值。
实验结果见图3,干酪乳杆菌CGMCC No.10343在2%的高盐条件下培养24h后OD值增加量为4.24,在4%的条件下培养24h后OD值增加量为3.15,具有较好的耐盐能力。
(3)细胞自溶度较高,24h时达到20.58%
将冷冻保存的本发明干酪乳杆菌CGMCC No.10343接种于MRS培养基中,在37℃下培养24h,如此反复传代培养2~3次后,选取在上述条件下生长得到的菌液以2%(V/V)的接种量接入液体MRS中进行增殖培养12h,将菌体培养液取出,冷冻离心(5000g,15min,4℃),将离心所得的菌体加入0.05mol/L的pH7.0的PBS缓冲液中制成悬浮液,调整初始OD600为1.0左右,用PBS缓冲液作为空白试剂调零。将悬浮液和空白试剂放置在30℃下6h,在600nm处分别测定初始、6h、24h的吸光度,分别记作OD0,OD6,OD24。菌体自溶度计算方法如下:自溶度(%)=OD0-ODn/OD0×100%;其中,ODn表示测定时间n对应的OD值,n为6、24。
将本发明的干酪乳杆菌CGMCC No.10343(CCFM310)与其他菌株(CCFM309、CCFM10、CCFM188、CCFM410)进行自溶度比较。实验结果(图4所示)表明,干酪乳杆菌CGMCC No.10343在30℃条件下培养6h和24h后细胞自溶度分别为6.44%,20.58%,故该株菌具有高的自溶度,自溶度较高的菌株可快速释放出胞内蛋白酶,加快产物的代谢。
(4)菌株产酸能力不强,24h后pH变化1.38±0.03
将冷冻保存的本发明干酪乳杆菌CGMCC No.10343接种于MRS培养基中,在37℃下培养24h,如此反复传代培养2~3次后,选取在上述条件下生长得到的菌液以2%(V/V)的接种量接入脱脂乳中进行增殖培养24h,测定脱脂乳培养基的pH(pH1)和脱脂乳培养基的初始pH(pH0),以ΔpH=pH0-pH1计算得到菌株的产酸能力,结果见表1。实验结果(表1)表明,培养18h后,pH变化了1.38±0.03,故该株菌产酸能力不强。
表1 乳酸菌产酸能力
(5)细胞内丁酸乙酯合成能力的测定
将冷冻保存的本发明干酪乳杆菌CGMCC No.10343接种于MRS培养基中,在37℃下培养24h,如此反复传代培养2~3次后,选取在上述条件下生长得到的菌液以2%(V/V)的接种量接入液体MRS中进行增殖培养16h,将菌体培养液取出,冷冻离心(5000rpm,5min,4℃),将离心所得的菌体悬浮于0.1mol/L的pH7.0的PBS缓冲液中,进行超声波破碎(功率40%,超声5s,停5s,超声20min),将破碎后的细胞冷冻离心(5000rpm,5min,4℃),收集上清液,即为菌体无细胞提取液(CFE),取出一部分采用考马斯亮蓝G-250方法测定CFE中蛋白质含量,其余CFE放置在-20℃下备用。
醇酰基转移酶活力测定的酶反应体系中包含0.1MPBS(pH7.0),5.5mM甘油三酯(三丁酸甘油酯),5M乙醇和菌体无细胞提取液(蛋白浓度为1-3mg/ml),30℃下反应17h后。用正己烷对1ml反应体系进行萃取,同时加入C17:0内标。离心(3000rpm,3min)后进行GC测定。GC条件设置如下:色谱柱DB-WAX(30m×0.32mm×0.25um),FID检测。载气流量2mL/min,采用分流进样,分流比为15:1,进样口温度240℃。程序升温:40℃,保持3min,以5℃/min升至190℃,以4℃/min升温至220℃,并保持2min。1个酶活单位U:24h每克蛋白催化生成1μg丁酸乙酯。
酯酶(合成)活力测定的酶反应体系包括0.1MPBS(pH7.0),5.5mM脂肪酸(丁酸),5M乙醇和菌体无细胞提取液(蛋白浓度为1-3mg/ml),30℃下反应17h后。用正己烷对1ml反应体系进行萃取,同时加入C17:0内标。离心(3000rpm,3min)后进行GC测定。GC条件设置如下:色谱柱DB-WAX(30m×0.32mm×0.25um),FID检测。载气流量2mL/min,采用分流进样,分流比为15:1,进样口温度240℃。程序升温:40℃,保持3min,以5℃/min升至190℃,以4℃/min升温至220℃,并保持2min。1个酶活单位U:24h每克蛋白催化生成1μg丁酸乙酯。测得24h每克蛋白催化生成丁酸乙酯如表2所示。
表2 菌株产丁酸乙酯能力(酯酶合成活力+醇酰基转移酶活力)
(6)细胞内乙酯分解能力的测定
酯酶(分解)活力测定的酶反应体系中包含0.1MPBS(pH7.0),25mM乙酸对硝基苯酯和菌体无细胞提取液(蛋白浓度为1-3mg/mL),37℃下反应2h后,0.5MNaOH终止反应。测定OD400值。得到酯酶(分解)活力为0.12±0.00U,酶活单位:每克蛋白每分钟反应生成的对硝基苯酚微摩尔量。
以上数据表明,本发明的干酪乳杆菌具有性质:(1)具有耐酸性,在低pH下生长良好;(2)具有耐盐能力,在高盐浓度下生长良好;(3)细胞自溶度较高;(4)产酸能力不强;(5)细胞内丁酸乙酯合成能力高;(6)细胞内丁酸乙酯分解能力弱。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上,但其并非用以限定本发明,任何熟悉此技术的人,在不脱离本发明的精神和范围内,都可做各种的改动与修饰,因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (8)
1.一种干酪乳杆菌(Lactobacillus casei),于2015年1月12日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCC No.10343,保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号,中国科学院微生物研究所。
2.含有权利要求1所述干酪乳杆菌CGMCC No.10343的发酵剂。
3.根据权利要求2所述的发酵剂,其特征在于,所述发酵剂为直投式发酵剂;所述直投式发酵剂的制备,是将干酪乳杆菌CGMCC No.10343培养至活菌数达到108cfu/mL以上,然后进行离心处理、缓冲液冲洗、加入冻干保护剂,调整细胞浓度至109cfu/mL以上,混合均匀后进行真空冷冻干燥,冻干后即得直投式发酵剂。
4.权利要求1所述干酪乳杆菌CGMCC No.10343的应用,其特征在于,所述应用是指在发酵食品方面的应用;所述发酵食品包括:乳制品、豆制品、果蔬制品。
5.根据权利要求4所述的应用,其特征在于,所述乳制品包括酸奶、活性乳酸菌饮料或酸奶油、奶酪;所述豆制品包括酸豆奶、豆腐乳、豆豉或豆酱;所述果蔬制品包括发酵黄瓜、胡萝卜、甜菜、芹菜或酵素。
6.一种应用权利要求1所述干酪乳杆菌制备活性乳酸菌饮料的方法,其特征在于,所述方法是:将原料乳进行巴氏杀菌处理,冷却,按照乳体积计3-5%向乳中接入保加利亚乳杆菌、 嗜热链球菌和干酪乳杆菌CGMCC No.10343工作发酵剂,然后在42℃下进行发酵4-6h,冷 却搅拌后,加入其它配料,均质后包装即得。
7.一种应用权利要求1所述干酪乳杆菌制备酸豆奶的方法,其特征在于,所述方法是:浸泡大豆、去除大豆皮,然后沥去浸泡水、磨浆,保温一段时间后筛网过滤,然后离心分离得粗豆奶,再将它加热到140-150℃,迅速抽真空,在降温至30-42℃,然后接入干酪乳杆菌CGMCC No.10343使其浓度达到109cfu/ml以上,冷藏,即得酸豆奶。
8.一种应用权利要求1所述干酪乳杆菌制备果蔬饮料的方法,其特征在于,所述方法是:选用新鲜蔬菜洗净后榨汁,然后高温瞬间灭菌,降温至30-42℃,再接入干酪乳杆菌CGMCC No.10343使其浓度达到109cfu/mL以上,冷藏,即得果蔬饮料。
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