CN109329794B - 一种鱼骨纳米材料及其制备和应用 - Google Patents

一种鱼骨纳米材料及其制备和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及鱼类加工技术领域，具体涉及一种鱼骨纳米材料及其制备和应用，本发明所述的鱼骨纳米材料粒径为300‑600nm，内部具有孔径，孔隙率为25％‑50％，平均孔径＞6.5nm，形态圆滑完整、粒径均一、孔径大小均匀，是由大宗淡水鱼骨通过脱脂、两步粉碎和疏水性蛋白酶温和酶解而得，在制备过程中控制酶解的条件，能得到上述结构的实用性好的鱼骨纳米材料，可用作药物缓释载体，应用于医药、食品或化妆品中。

Description

一种鱼骨纳米材料及其制备和应用
技术领域
本发明涉及鱼类加工技术领域，具体涉及一种鱼骨纳米材料及其制备和应用。
背景技术
鱼骨是由胶原蛋白和羟基磷灰石通过致密排列形成的，常作为食品或饲料使用。近年来，随着纳米技术的发展，鱼骨也可以制成纳米粒子或带有微孔的纳米微球，作为活性物质的缓释载体，扩大鱼骨的应用范围。
现有利用鱼骨的技术中常将鱼骨制备成鱼骨粉作为食品添加剂使用，若需要制备成功能性的鱼骨材料，通常的制备方法为物理方法和化学方法结合，使用物理粉碎常导致鱼骨纳米颗粒粒径不均一，化学方法会引入有害物质，也会使得制备的鱼骨纳米颗粒形态破坏严重。
例如中国专利文献CN 107712683 A公开的一种纳米级鮟鱇鱼鱼骨粉的制备方法，通过清洗和酶解步骤去除鱼骨上的肉屑，蒸煮软化、干燥，然后将鮟鱇鱼骨粉碎过筛得到粗鱼骨粉，再经ZnCl2溶液中浸泡、干燥后膨化挤压，制成孔径小、粒度均匀的鱼骨粉，但其孔径仅为3.8-6.5nm，若作为药物缓释载体来使用，孔径的尺寸限制了其适用范围，因为只有孔径足够大的介孔材料才会吸附更多的药物分子，而且其采用膨化造孔，使得鱼骨粉纳米颗粒形态破坏严重，不利于进一步的包覆和改性，以及最终产品的均一性，影响了应用前景。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中鱼骨纳米材料形态不规则、粒径不均一，孔径小而不均匀导致其应用性差的技术问题，提供一种形态好、粒径均一、孔径大且均匀的鱼骨纳米材料及其制备方法。
为此，本发明提供了一种鱼骨纳米材料，所述鱼骨纳米材料是由鱼骨制成的纳米介孔材料，呈纳米球状，粒径为300-600nm，平均孔径＞6.5nm。
优选的，所述鱼骨选自青鱼骨、草鱼骨、鲢鱼骨、鳙鱼骨、鲤鱼骨、鲫鱼骨和鳊鱼骨中的至少一种。
优选的，所述鱼骨纳米材料的孔隙率为25％-50％，平均孔径为15-30nm。
本发明还提供了一种上述鱼骨纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)粉碎：选取鱼骨，进行清理、脱脂、粉碎和过筛处理，得到纳米鱼骨粉；
(2)微孔化：将所述纳米鱼骨粉溶解在水中，添加疏水性蛋白酶进行酶解，得到鱼骨纳米材料。
优选的，在步骤(1)中，所述脱脂处理采用的溶剂是石油醚、石油醚和乙醇的混合溶剂以及环己烷和乙醇的混合溶剂中的一种。
优选的，在步骤(1)中，所述石油醚和乙醇的混合溶剂中石油醚和乙醇的体积比为1:(2-5)；所述环己烷和乙醇的混合溶剂中环己烷和乙醇的体积比为1:(2-5)。
优选的，在所述步骤(1)中，所述粉碎处理包括依次进行的第一步粉碎和第二步粉碎，所述第一步粉碎采用超微粉碎处理至平均粒径为800-1200nm，所述第二步粉碎采用球磨仪粉碎处理至平均粒径为300-600nm；
优选的，所述第一步粉碎以15000-20000转/分钟超微粉碎3-10分钟，所述第二步粉碎以球磨转速为80-100转/分钟球磨粉碎处理3-10小时。
优选的，在所述步骤(2)中，所述疏水性蛋白酶为疏水性复合风味蛋白酶、枯草杆菌碱性蛋白酶、胃蛋白酶中的一种，所述疏水性蛋白酶与鱼骨粉的使用比例为300-500U：1g。
优选的，在所述步骤(2)中，酶解条件是在pH值为7.5-8.5，温度为45-60℃，不断搅拌反应1-4h。
本发明提供了所述的鱼骨纳米材料或所述的所述鱼骨纳米材料的制备方法制备得到的鱼骨纳米材料在医药、食品或化妆品中的用途。
本发明还提供了一种药物缓释载体，包括上述的鱼骨纳米材料；
优选的，所述药物为亲水性活性物质；
优选的，所述药物包括盐酸二甲双胍、普伐他汀或苦杏仁苷中的至少一种。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明所述鱼骨纳米材料由鱼骨制成的纳米介孔材料，鱼骨生物相容性好且具有丰富的营养，可用于食品医药行业；所述鱼骨纳米材料呈纳米球状，其表面圆滑，结构完整，且由于表面分布钙离子，带有正电荷，有利于进一步的改性和包覆，制成均一的分散体系，作为缓释载体，均一的分散体系能使缓释过程平稳进行；其粒径为300nm-600nm，内部平均孔径＞6.5nm，有利于活性物质的包埋。
2.本发明所述鱼骨纳米材料由大宗淡水鱼的鱼骨制成，其鱼骨由胶原蛋白和羟基磷灰石通过致密排列形成的，其结构和质地相比鱼鳞、猪骨和牛骨等具有更好的致密性，经过后续的粉碎处理后可以形成更均匀、结构更完整的球体。
3.本发明所述鱼骨纳米材料孔隙率为25％-50％，平均孔径＞6.5nm，优选为15-30nm，若作为活性物质的载体来使用，孔隙率的增加能吸附更多不同尺寸的活性物质，而且只有孔径足够大，比表面积的增加才会吸附更多的药物分子，孔隙率和比表面积有密切的关系，本发明的鱼骨纳米材料具有较优的孔隙率和较大的平均孔径，使得其作为缓释载体能吸附更多样、更多量的活性物质。
4.本发明所述鱼骨纳米材料的制备方法，先进行脱脂，除去脂质，防止脂质在存储过程中发生变质影响鱼骨纳米材料的性质；使用两步粉碎，得到了粒度更细更均匀的鱼骨粉，再通过疏水性蛋白酶的温和酶解，不会引入有害的化学物质，而且温和的酶解条件，使其具有大而均匀的孔径和密集的网络结构，具有更好的应用前景。
5.本发明所述鱼骨纳米材料的制备方法，使用超微粉碎和球磨仪得到的鱼骨纳米材料，第一步超微粉碎能将鱼骨粉碎至800-1200nm，第二步球磨仪粉碎能继续粉碎至300-600nm，不仅具有足够小的尺寸、不会引入不必要的物质，而且得到的鱼骨纳米材料形态圆滑完整，尺寸均一，有利于后续的进一步应用，制成均匀的分散体系。
6.本发明所述鱼骨纳米材料的制备方法使用疏水性蛋白酶进行温和酶解，所述疏水性蛋白酶包括疏水复合风味蛋白酶、枯草杆菌碱性蛋白酶、胃蛋白酶，该疏水性蛋白酶为专一性酶解蛋白质疏水性末端的外切酶，可以控制其水解鱼骨粉表面的胶原多肽，在较温和的条件下水解，使鱼骨粉形成较多介孔，且不会造成鱼骨粉主要骨架结构的破坏，形成完整鱼骨介孔微球；同时该酶主要水解蛋白质末端的疏水性氨基酸，释放亲水性氨基酸，因此水解形成的鱼骨介孔主要以亲水性氨基酸形成的介孔，更易于包埋亲水性物质。
7.本发明所述鱼骨纳米材料的制备方法使用疏水性蛋白酶与鱼骨粉的使用比例为300-500U：1g，通过多次试验发现，在此用量范围内，能得到大而均匀的孔径和密集的网络结构。
8.本发明所述鱼骨纳米材料用于药物缓释载体，具有亲水性的介孔，易于包埋各种亲水活性物质，孔径大而均匀，粒径均一，形态圆滑完整，具有较高的实用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1中鱼骨粉的电镜扫描图；
图2是本发明对比例5中猪骨粉的电镜扫描图；
图3是本发明实施例1中的鱼骨纳米材料的电镜扫描图；
图4是本发明实施例5中的鱼骨纳米材料的电镜扫描图；
图5是本发明对比例4中的鱼骨纳米材料的电镜扫描图。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
下述实施例中涉及的材料、试剂和仪器均为市售产品，如疏水性复合风味蛋白酶以及不同鱼骨等；石油醚、环己烷和乙醇均为分析纯；电镜型号为：Quanta200F。
实施例1
本实施例选用青鱼鱼骨作为原料进行以下操作：
(1)用石油醚对鱼骨进行脱脂处理，先通过以15000转/分钟超微粉碎将鱼骨粉碎10min，再用球磨仪以球磨转速为80转/分钟将鱼骨粉碎10h，过800目筛，得到纳米鱼骨粉，制备的鱼骨粉经电镜扫描，如图1所示；
(2)将10g纳米鱼骨粉溶解在水中，添加3000U的疏水性复合风味蛋白酶进行酶解，反应条件为：pH值为7.5，温度为45℃，反应时间为1h，期间不断搅拌，使其反应均匀，制得鱼骨纳米材料A，制备的鱼骨纳米材料采用电镜扫描，如图3所示。
实施例2
本实施例选用草鱼鱼骨作为原料进行以下操作：
(1)用石油醚对鱼骨进行脱脂处理，先通过以20000转/分钟超微粉碎将鱼骨粉碎9min，再用球磨仪以球磨转速为80转/分钟，将鱼骨粉碎6h，过1000目筛，得到纳米鱼骨粉；
(2)将10g纳米鱼骨粉溶解在水中，添加4000U的胃蛋白酶进行酶解，反应条件为：pH值为8.0，温度为55℃，反应时间为3h，期间不断搅拌，使其反应均匀，制得鱼骨纳米材料B，制备的鱼骨纳米材料采用电镜扫描。
实施例3
本实施例选用鲢鱼鱼骨作为原料进行以下操作：
(1)用体积比为1:2的石油醚和乙醇混合溶剂对鱼骨进行脱脂处理，先通过以15000转/分钟超微粉碎将鱼骨粉碎8min，再用球磨仪以球磨转速为100转/分钟将鱼骨粉碎9h，过800目筛，得到纳米鱼骨粉；
(2)将10g纳米鱼骨粉溶解在水中，添加3500U的枯草杆菌碱性蛋白酶进行酶解，反应条件为：pH值为8.5，温度为50℃，反应时间为1.5h，期间不断搅拌，使其反应均匀，制得鱼骨纳米材料C，制备的鱼骨纳米材料采用电镜扫描。
实施例4
本实施例选用鳙鱼鱼骨作为原料进行以下操作：
(1)用体积比为1:3的环己烷和乙醇混合溶剂对鱼骨进行脱脂处理，先通过以18000转/分钟超微粉碎将鱼骨粉碎7min，再用球磨仪以球磨转速为90转/分钟将鱼骨粉碎5h，过900目筛，得到纳米鱼骨粉；
(2)将10g纳米鱼骨粉溶解在水中，添加4500U/g的疏水性复合风味蛋白酶进行酶解，反应条件为：pH值为8.0，温度为58℃，反应时间为2h，期间不断搅拌，使其反应均匀，制得鱼骨纳米材料D，制备的鱼骨纳米材料采用电镜扫描。
实施例5
本实施例选用鲤鱼鱼骨作为原料进行以下操作：
(1)用石油醚对鱼骨进行脱脂处理，先通过以16000转/分钟超微粉碎将鱼骨粉碎4min，再用球磨仪以球磨转速为85转/分钟将鱼骨粉碎8h，过800目筛，得到纳米鱼骨粉；
(2)将10g纳米鱼骨粉溶解在水中，添加5000U/g的疏水性复合风味蛋白酶进行酶解，反应条件为：pH值为8.0，温度为48℃，反应时间为2.5h，期间不断搅拌，使其反应均匀，制得鱼骨纳米材料E。制备的鱼骨纳米材料采用电镜扫描，制备的鱼骨纳米材料采用电镜扫描，如图4所示。
实施例6
本实施例选用鲫鱼鱼骨作为原料进行以下操作：
(1)用体积比为1:5的石油醚和乙醇混合溶剂对鱼骨进行脱脂处理，先通过以19000转/分钟超微粉碎将鱼骨粉碎5min，再用球磨仪以球磨转速为95转/分钟将鱼骨粉碎4h，过800目筛，得到纳米鱼骨粉；
(2)将10g纳米鱼骨粉溶解在水中，添加4800U的疏水性复合风味蛋白酶进行酶解，反应条件为：pH值为8.0，温度为53℃，反应时间为3.5h，期间不断搅拌，使其反应均匀，制得鱼骨纳米材料F，制备的鱼骨纳米材料采用电镜扫描。
实施例7
本实施例选用鳊鱼鱼骨作为原料进行以下操作：
(1)用体积比为1:4的环己烷和乙醇混合溶剂对鱼骨进行脱脂处理，先通过以20000转/分钟超微粉碎将鱼骨粉碎3min，再用球磨仪以球磨转速为100转/分钟将鱼骨粉碎3h，过800目筛，得到纳米鱼骨粉；
(2)将10g纳米鱼骨粉溶解在水中，添加3800U/g的疏水性复合风味蛋白酶进行酶解，反应条件为：pH值为8.0，温度为60℃，反应时间为4h，期间不断搅拌，使其反应均匀，制得鱼骨纳米材料G，制备的鱼骨纳米材料采用电镜扫描。
实施例8
本实施例选用质量比为1:1的青鱼鱼骨与草鱼鱼骨作为原料进行以下操作：
(1)用体积比为1:3的环己烷和乙醇混合溶剂对鱼骨进行脱脂处理，先通过以20000转/分钟超微粉碎将鱼骨粉碎3min，再用球磨仪以球磨转速为100转/分钟将鱼骨粉碎3h，过1000目筛，得到纳米鱼骨粉；
(2)将10g纳米鱼骨粉溶解在水中，添加3800U/g的疏水性复合风味蛋白酶进行酶解，反应条件为：pH值为8.0，温度为60℃，反应时间为4h，期间不断搅拌，使其反应均匀，制得鱼骨纳米材料H，制备的鱼骨纳米材料采用电镜扫描。
对比例1
本对比例选用草鱼鱼骨作为原料进行以下操作：
(1)将鱼骨先通过以20000转/分钟超微粉碎将鱼骨粉碎9min，再用球磨仪以球磨转速为80转/分钟将鱼骨粉碎6h，过1000目筛，得到纳米鱼骨粉；
(2)将10g纳米鱼骨粉溶解在水中，添加4000U的疏水性复合风味蛋白酶进行酶解，反应条件为：pH值为8.0，温度为55℃，反应时间为3h，期间不断搅拌，使其反应均匀，制得鱼骨纳米材料I，制备的鱼骨纳米材料采用电镜扫描。
对比例2
本对比例选用草鱼鱼骨作为原料进行以下操作：
(1)用石油醚对鱼骨进行脱脂处理，通过以20000转/分钟超微粉碎10min，过1000目筛，得到纳米鱼骨粉；
(2)将10g纳米鱼骨粉溶解在水中，添加4000U的疏水性复合风味蛋白酶进行酶解，反应条件为：pH值为8.0，温度为55℃，反应时间为3h，期间不断搅拌，使其反应均匀，制得鱼骨纳米材料J，制备的鱼骨纳米材料采用电镜扫描。
对比例3
本对比例选用草鱼鱼骨作为原料进行以下操作：
(1)用石油醚对鱼骨进行脱脂处理，先通过以20000转/分钟超微粉碎将鱼骨粉碎9min，再用球磨仪以球磨转速为80转/分钟，将鱼骨粉碎6h，过800目筛，得到纳米鱼骨粉；
(2)将10g纳米鱼骨粉溶解在水中，添加4000U的木瓜蛋白酶进行酶解，反应条件为：pH值为8.0，温度为55℃，反应时间为3h，期间不断搅拌，使其反应均匀，制得鱼骨纳米材料K，制备的鱼骨纳米材料采用电镜扫描。
对比例4
本对比例选用草鱼鱼骨作为原料进行以下操作：
(1)用石油醚对鱼骨进行脱脂处理，先通过以20000转/分钟超微粉碎将鱼骨粉碎9min，再用球磨仪以球磨转速为100转/分钟，将鱼骨粉碎6h，过800目筛，得到纳米鱼骨粉；
(2)将10g纳米鱼骨粉溶解在水中，添加10000U的疏水性复合风味蛋白酶进行酶解，反应条件为：pH值为8.0，温度为55℃，反应时间为3h，期间不断搅拌，使其反应均匀，制得鱼骨纳米材料L，制备的鱼骨纳米材料采用电镜扫描，如图5所示。
对比例5
本实施例选用猪骨作为原料进行以下操作：
(3)用石油醚对猪骨进行脱脂处理，先通过以20000转/分钟超微粉碎将猪骨粉碎10min，再用球磨仪以球磨转速为80转/分钟，将猪骨粉碎10h，过800目筛，得到纳米猪骨粉，制备的猪骨粉经电镜扫描，如图2所示；
(4)将10g纳米猪骨粉溶解在水中，添加3000U的疏水性复合风味蛋白酶进行酶解，反应条件为：pH值为8.0，温度为45℃，反应时间为1h，期间不断搅拌，使其反应均匀，制得鱼骨纳米材料M，制备的猪骨纳米材料采用电镜扫描。
评价例1
称取5g实施例1-实施例8、对比例1-对比例5所得的鱼骨纳米材料，分别溶解于250ml水中，静置过滤，检测滤液的溶解度。
平均粒径的测定方法：采用纳米激光粒度仪进行检测，将纳米骨粉分散在浓度为10mM,pH值为7.8磷酸盐缓冲溶液中，使质量分数为0.01％，然后进行粒径扫描即得到平均粒径，测得粒径比较均一，只有一个尖锐的粒度分布峰，其中平均粒径Ⅰ为经过一步超微粉碎后测得的粒径，平均粒径Ⅱ为经过二步球磨粉碎后测得的粒径。
平均孔径的测试方法：通过电镜扫描进行平均孔径的分析，通过软件进行视野内平均孔径的计算。
比表面积的测试方法：采用比表面积测试仪进行测试，以白炭黑为标准对照品。
孔隙率的测试方法：采用孔隙率分析仪进行测定。
上述测试结果如表1所示。
表1：实施例1-实施例8、对比例1-对比例5表征结果
Figure BDA0001852659960000121
Figure BDA0001852659960000131
表1续
Figure BDA0001852659960000132
评价例2
采用盐酸二甲双胍作为活性物质，将盐酸二甲双胍与实施例1、实施例3、和对比例1所得的鱼骨纳米材料混合；
采用普伐他汀作为活性物质，将普伐他汀与实施例2、实施例4、对比例2所得的鱼骨纳米材料混合；
采用苦杏仁苷作为活性物质，将苦杏仁苷与实施例6、实施例7、对比例3和对比例4所得的鱼骨纳米材料混合；
采用苦杏仁苷和普伐他汀为活性物质，与实施例5、实施例8和对比例5所得的鱼骨纳米材料混合；
在包埋率的测试方法为：将活性物质溶解于体积为V1磷酸盐缓冲溶液中，活性物质为浓度为C1，然后添加质量为M的鱼骨纳米材料，通过超声使活性物质包埋于纳米微球中，经过滤后溶液体积为V2，采用香荚兰素-盐酸分光光度法进行活性物质含量的测定，其中活性物质浓度C2。
活性物质包埋率的按照如下方法进行计算：
T1＝(C1V1-C2V2)/M；
其中，T1——活性物质的包埋率％；
C1——原液活性物质浓度mg/mL；
V1——原液活性物质溶液体积mL；
C2——过滤液活性物质浓度mg/mL；
V1——过滤液活性物质溶液体积mL；
M——添加入活性物质溶液中的纳米微球的质量g。
通过包埋前后溶液中活性物质的含量进行计算包埋率，包埋率的检测结果如表2所示。
表2：实施例1-实施例8、对比例1-对比例5包埋率检测结果
Figure BDA0001852659960000141
Figure BDA0001852659960000151
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种鱼骨纳米材料的制备方法，其特征在于，所述鱼骨纳米材料是由鱼骨制成的纳米介孔材料，呈纳米球状，粒径为300-600nm，孔隙率为25%-50%，平均孔径为15-30nm，所述制备方法包括以下步骤：
（1）粉碎：选取鱼骨，进行清理、脱脂、粉碎和过筛处理，得到纳米鱼骨粉；
（2）微孔化：将所述纳米鱼骨粉溶解在水中，添加疏水性复合风味蛋白酶、枯草杆菌碱性蛋白酶、胃蛋白酶中的一种进行酶解，得到鱼骨纳米材料，其中，蛋白酶与鱼骨粉的使用比例为300-500U：1g；
在所述步骤（1）中，所述粉碎处理包括依次进行的第一步粉碎和第二步粉碎，所述第一步粉碎采用超微粉碎处理至平均粒径为800-1200nm，所述第二步粉碎采用球磨仪粉碎处理至平均粒径为300-600nm，所述第一步粉碎以15000-20000转/分钟超微粉碎3-10分钟，所述第二步粉碎以球磨转速为80-100转/分钟球磨粉碎处理3-10小时。
2.根据权利要求1所述的鱼骨纳米材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，所述脱脂处理采用的溶剂是石油醚、石油醚和乙醇的混合溶剂以及环己烷和乙醇的混合溶剂中的一种。
3.根据权利要求2所述的鱼骨纳米材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，所述石油醚和乙醇的混合溶剂中石油醚和乙醇的体积比为1:（2-5）；所述环己烷和乙醇的混合溶剂中环己烷和乙醇的体积比为1:（2-5）。
4.根据权利要求1所述的鱼骨纳米材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，所述酶解条件是在pH值为7.5-8.5，温度为45-60℃，不断搅拌反应1-4h。
5.根据权利要求1所述的鱼骨纳米材料的制备方法，其特征在于，所述鱼骨选自青鱼骨、草鱼骨、鲢鱼骨、鳙鱼骨、鲤鱼骨、鲫鱼骨和鳊鱼骨中的至少一种。
6.权利要求1-5任一项所述的鱼骨纳米材料的制备方法制备得到的鱼骨纳米材料在医药、食品或化妆品中的用途。
7.一种药物缓释载体，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的鱼骨纳米材料的制备方法制备得到的鱼骨纳米材料。
8.根据权利要求7所述的药物缓释载体，其特征在于，所述药物包括盐酸二甲双胍、普伐他汀或苦杏仁苷中的至少一种。
9.一种鱼骨纳米材料，其特征在于，所述鱼骨纳米材料由权利要求1-5任一项所述的鱼骨纳米材料的制备方法制得。
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