CN110029137B - 一种烘焙用发酵木薯淀粉的生产工艺及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种烘焙用发酵木薯淀粉的生产工艺及其应用，属于淀粉深加工及食品加工生产领域。本发明开发了一种烘焙用发酵木薯淀粉的生产方法，该方法步骤简单，大大缩短了工艺周期；以木薯淀粉为主要原料，添加特定量的碳源特定的菌株，通过发酵光照配合等作用改善淀粉的结构。添加该发酵木薯淀粉实现了增加无麸质麻薯面包体积，增大面包气孔，改善面包组织口感的作用。

Description

一种烘焙用发酵木薯淀粉的生产工艺及其应用
技术领域
本发明具体涉及一种烘焙用发酵木薯淀粉的生产工艺及其应用，属于淀粉深加工及食品 加工生产领域。
背景技术
乳糜泻病是一类自身免疫缺陷病，小麦等谷物中的麸质(面筋蛋白)会诱发自身免疫性， 导致患者小肠黏膜病变，临床表现为腹泻、贫血、骨质疏松等症状。在欧美国家乳糜泻病发 病率达到了1％，近年来，国内关于乳糜泻病的报道逐年增加。随着经济发展，人们越来越重 视身体健康，使得无麸质市场呈上升趋势。美国、日本、欧盟等国家严格规定了食品中麸质 含量，WHO/FAO的国际食品法典委员会(CAC)对无麸质食品进行了定义：未使用小麦、 大麦、黑麦、燕麦或者它们的杂交品种加工的食品，其麸质含量不能超过20mg/kg。目前， 中国尚未有关无麸质食品的相关规定，但是这是一个值得重视的领域。
目前，针对无麸质面包，主要采取利用谷朊粉或相关胶体形成网络作用和淀粉凝胶化作 用增强面包的网络结构。无麸质产品由于原料中不含面筋蛋白，难以形成网络结构，存在持 水能力弱，持气性较差，面团松弛，成团困难，面包内部空隙不均匀，易塌陷韧性不足等问 题。无麸质面包成品往往质地坚硬、网状气孔较小、口感粗糙，老化速度较快。而发酵木薯 淀粉具有优异的膨胀性能，利用淀粉凝胶化作用，可以制作完全无麸质的面包，且无需发酵， 节约时间空间成本。
发酵木薯淀粉(polvilhoazedo)是巴西等南美洲国家的传统食品原料，主要用来制作芝 士面包(
Figure BDA0002013946390000011
do queijo)。传统的发酵木薯淀粉制作工艺包括清洗、去皮、磋磨粉碎、水下压 榨成团、除去渣团、自然发酵、光照晒干等步骤。传统自然发酵的发酵方法是将木薯淀粉浆 液静置在涂有涂料的发酵槽内，覆盖4cm水层，静置发酵，通过经验判断水层上方泡沫的状 态确定发酵的结束时间。自然发酵主要经历三个阶段：不严苛微生物阶段、乳酸菌优势阶段 和酵母及腐生菌阶段。不严苛微生物阶段主要产生埃希氏菌属，产碱杆菌属，微球菌属和假 单胞菌属，并且溶解氧浓度迅速下降。这一阶段检测到芽孢杆菌产生淀粉分解酶，颗粒淀粉 受到酶解并为第二阶段的细菌提供碳源。与此同时非共生固氮菌的存在为第二阶段的细菌提 供氮源。乳酸菌优势阶段主要是需氧微生物的发展，乳酸，乙酸，丁酸和丙酸发酵的兼性或 严格厌氧菌。在寒冷地区，发酵速度较慢，乳酸菌占优势，而在炎热地区，发酵速度较快， 丁酸占优势。酵母及腐生菌阶段为酵母菌合成芳香化合物和后期腐生菌产生不愉悦风味两阶 段。因此需要经验判断自然发酵的结束时间，及时停止发酵从而防止腐败菌产生不愉悦风味 进而影响产品品质。同时自然发酵周期较长，一般为15-90天。
为了较快进入乳酸菌优势阶段，部分生产企业选择人工酸化方式，但无法生产具有优异 膨胀性能的发酵木薯淀粉。也有生产企业选择循环使用发酵后的废液，将发酵废液经过沉降， 除去不可溶相关杂质再加入到新鲜的木薯浆中。通过该方法能明显缩短发酵时间并得到优异 的发酵木薯淀粉，但是循环使用的发酵液存在毒素累积的潜在危险，混杂菌种存在很大安全 隐患。企业凭经验通过观察发酵体系上层泡沫的厚度及测定的发酵液酸度来决定产品的生产 时间。在企业生产中，由于发酵体系大小存在差异，发酵大体系时上层泡沫存在的时间明显 大于小体系，发酵起止时间存在相当大的差距。在发酵过程中，淀粉沉降在底部形成类似于 半固体的物质，上部水封隔绝氧气，在最初的时间内体系中的氧气被很快消耗，体系中的厌 氧发酵自上而下产生，气泡上升在表面形成泡沫。当体系增大时，淀粉层厚度加大，整个厌 氧发酵时间延长，泡沫持续时间延长，而淀粉层上部水封层酸度早已达到较低酸度。发酵过 程条件不规范，产品质量存在差异，产品稳定性差。
发明内容
本发明要改善的技术问题是在确保发酵木薯淀粉具有优异膨胀性能的基础上，缩短发酵 时间，精简生产方法。为了解决上述问题，本发明开发了一种烘焙用发酵木薯淀粉的生产方 法，该方法步骤简单，大大缩短了工艺周期；以木薯淀粉为主要原料，添加特定量的碳源， 特定的菌株，通过发酵光照配合等作用改善淀粉的结构。添加该发酵木薯淀粉实现了增加无 麸质麻薯面包体积，增大面包气孔，改善面包组织口感的作用。
本发明方法通过比较不同发酵条件和发酵菌种的发酵木薯淀粉膨胀性能，利用乳杆菌发 酵可得到优异膨胀性能的产品。乳杆菌发酵降低木薯淀粉的黏度，降低回生性能，降低糊化 温度，增加淀粉的膨润力和持水力，改变木薯淀粉的理化性质和结晶结构，有利于淀粉的凝 胶化作用，可制作良好的无麸质面包。改善无麸质面包持气持水能力差，口感粗糙，组织结 构较差等缺点，达到提升无麸质面包组织的目的。
本发明的第一个目的是提供一种烘焙用发酵木薯淀粉的生产方法，所述方法包括：
(1)碳源与水混合，制备得到发酵培养基；
(2)加入木薯淀粉形成淀粉乳，然后在淀粉乳中接种植物乳杆菌LactobacillusplantarumCCTCC M2017138，进行发酵，即得发酵木薯淀粉。
在本发明的一种实施方式中，所述植物乳杆菌Lactobacillus plantarum CCTCCM2017138 于2018年3月7日公开在文章(Enzyme assisted fermentation of potatopulp:An effective way to reducewater holding capacity and improve dryingefficiency.Jing Du.Food Chemistry.258(2018), 118–123)中。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(1)中发酵培养基中碳源的初始质量浓度为 0.1-10g/100g。
在本发明的一种实施方式中，所述碳源为含单糖的碳源。
在本发明的一种实施方式中，所述碳源包括糖蜜、玉米浆、葡萄糖等。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)中淀粉乳中的木薯淀粉质量浓度为(30-70) g/100g。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)中植物乳杆菌的接种量为淀粉乳总质量的 1％-20％，相当于淀粉干基质量的1-30％。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)中发酵是将植物乳杆菌种子液接种于淀粉乳 中进行发酵。
在本发明的一种实施方式中，所述植物乳杆菌种子液的培养基为：乳酸菌培养基(MRS 肉汤培养基)。
在本发明的一种实施方式中，所述植物乳杆菌种子液的制备过程为：制备乳酸菌琼脂平 板，利用菌种保藏管划平板，37℃培养24h，取出后4℃冰箱贮藏。挑取平板单菌落接种至乳 酸菌培养基中(液体)。
在本发明的一种实施方式中，所述植物乳杆菌种子液的发酵温度为37℃，发酵时间为 10-20h。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)中发酵的温度为30-40℃，发酵的时间为 12-120h。
在本发明的一种实施方式中，所述方法还包括：在发酵结束后进行光照。
在本发明的一种实施方式中，所述光照是在平均光照强度100000-300000勒克斯条件下， 光照时间为6-72h。
在本发明的一种实施方式中，所述光照前的木薯淀粉基含水量为30-60g/100g。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(1)还包括对发酵培养基进行灭菌。
在本发明的一种实施方式中，所述灭菌的方式包括：高温高压灭菌，其中温度为115-121℃， 压力为0.1-0.3MPa，灭菌时间20-30min。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)是在发酵培养基灭菌降温至20-50℃后加入 淀粉，形成淀粉乳。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)还包括：发酵结束后进行洗涤，洗涤后pH 为3.5-7。
在本发明的一种实施方式中，所述方法具体包括：
(1)将一定量碳源与水混合，灭菌降温，制备得到；。
(2)加入一定量的淀粉形成淀粉乳；将淀粉乳打入发酵罐中，接种一定量活化乳杆菌种 子液，进行发酵。
(3)发酵结束，将结束的淀粉乳洗涤到一定pH，调淀粉乳至一定水分含量。
(4)光照晒干，即得发酵木薯淀粉。本发明的第二个目的是提供一种烘焙用发酵木薯淀 粉，所述淀粉是利用上述方法制备得的。
本发明的第三个目的是提供一种面包，所述面包的配方把包含上述的发酵木薯淀粉。
本发明的第四个目的是将上述的发酵木薯淀粉应用于烘焙领域中。
本发明优点：
(1)本发明采用特定单菌株发酵工艺，生产周期短、5天内即可得到发酵木薯淀粉，能 耗低，操作简便，排除多菌株混合毒素危险，产品质量安全均一。
(2)合理利用物理化学变化，合理添加辅料，提高培养基利用率，保证产品质量与效益。
(3)通过发酵光照处理的木薯淀粉结构性质发生变化，特别表现在降低糊化黏度，由原 淀粉的1650mPa·s高黏度降低至1100mPa·s，降低回生值，由原淀粉的500mPa·s降低至150 mPa·s等方面，可以替代或者部分替代相关亲水性胶体提高无麸质面包；同时，其膨胀性能 提高至原先的1.5-2倍，其凝胶结构强度提高、不易塌陷，孔洞较为均匀。
附图说明
图1实施例2中不同用量碳源所得发酵木薯淀粉及其原淀粉的糊化特性曲线；
图2实施例3中不同菌种接种量所得发酵木薯淀粉及其原淀粉的糊化特性曲线；
图3不同来源淀粉发酵及原淀粉的糊化特性曲线；
图4加酸处理所得木薯淀粉糊化特性曲线；
图5自然发酵不同时间得到发酵木薯淀粉糊化特性曲线。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，实施例中未注明具体条件，按照 常规条件，所用试剂及仪器未注明生产商者，均为常规产品。
发酵液有机酸种类及含量测定方法：采用C-18反向色谱柱分离发酵液有机酸，检测苹果 酸、乳酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、丁二酸、富马酸、丙酸、丁酸、酒石酸、抗坏血酸的含量。
淀粉糊化特性的测定方法：称取一定质量的玉米酸解淀粉样品，与去离子水于RVA铝盒 中混合均匀，配制成总质量分数为6％的悬浮液(以干基计)。按照美国谷物化学协会(AACC) 规定方法Standard 2进行测定，程序如下：在50℃下保温1min，后以6℃/min的速度升温 至95℃，保温5min，再以6℃/min的速度降温至50℃，保温2min。前10s内搅拌速率为960r/min，而后以160r/min搅拌速率进行黏度测试；
峰值黏度：快速黏度分析仪(RVA)，淀粉质量浓度6％。
淀粉膨胀性能测试：50g淀粉，40mL沸水，揉匀，切割成10g一份，整形为扁圆型，上下火200℃，20min。小米置换法测定烘焙后体积，一式三份。烘焙后体积/原质量，即得膨胀能力(mL/g)。
对于本发明方法，通常可以这样实施：
一种烘焙用发酵木薯淀粉及其生产方法，包括：
1、用糖蜜(按可利用葡萄糖含量计算)调制成含量为0.1-10g/100g的发酵培养基，高温 高压灭菌，温度范围控制在115-121℃，压力范围控制在0.1-0.3MPa，灭菌时间控制在20-30min。
2、种子液的培养基为本领域中最适宜该菌种常规培养基：乳酸菌培养基(MRS肉汤培 养基)；发酵温度为30-40℃，发酵时间为10-20h。
待发酵培养基降温至20-50℃后，干净环境下加入木薯淀粉，添加量为培养基的30％-70％， 搅拌调制成淀粉乳，将发酵后的种子液移入发酵培养基中，接种量为发酵培养基总体积的 1％-20％(淀粉干基质量的1-30％)。发酵温度为30-40℃，发酵时间为12-120h。
3、发酵结束后洗涤淀粉乳至pH为3.5-7，调整发酵木薯淀粉基含水量为30-60％。
4、将调整水分后的淀粉乳平铺在晒干容器上，平均光照强度为100000-300000勒克斯， 光照时间为12-72h。
实施例1
(1)用糖蜜(按可利用葡萄糖含量计算)调制成含量为0.5g/100g的发酵培养基，高温 高压灭菌，温度范围控制在115℃，压力范围控制在0.2MPa，灭菌时间控制在20min。
(2)种子液的培养基为乳杆菌培养基(MRS肉汤培养基)，菌种为植物乳杆菌(CCTCCM2017138)，发酵温度为37℃，发酵时间为12h。待发酵培养基降温至25℃后，干净环境下 加入木薯淀粉，添加量为培养基质量的50％，搅拌调制成淀粉乳，将发酵后的种子液移入发酵培养基中，接种量为淀粉乳质量的10％。发酵温度为37℃，发酵时间为96h。
(3)发酵结束后洗涤淀粉乳至pH为5。调整发酵木薯淀粉基含水量为50％。
(4)将调整水分后的淀粉乳平铺在晒干容器上，平均光照强度为150000勒克斯，光照 时间为8h，即得发酵木薯淀粉。整个工艺的生产时长为5d。
实施例2
参考实施例1，将糖蜜的添加量(按可利用葡萄糖含量计算)分别替换为0g/100g、1.0 g/100g、1.5g/100g、2.0g/100g，其他条件不变，制备得到发酵木薯淀粉。整个工艺的生产时 长均为5d。所得产品的性能结果见表1、2、3。
测定不同用量碳源所得发酵木薯淀粉的糊化黏度特性，结果如表1所示。由表1可知， 与原淀粉相比较，发酵光照后木薯淀粉的峰值黏度、谷黏度、终粘度和回生值均有明显下降， 分别从1651mPa·s，796.5mPa·s，1301.0mPa·s和504.5mPa·s下降至1100mPa·s、300mPa·s、 450mPa·s及150mPa·s附近。其崩解值变化较小，下降10-30mPa·s左右。对比表3可知，当 峰值黏度在1100-1200mPa·s时，淀粉膨胀性能呈现上升趋势。
表1不同用量碳源所得发酵木薯淀粉糊化黏度特性测定
Figure BDA0002013946390000061
测定添加不同用量碳源发酵体系所得发酵液中有机酸含量，结果如表2所示。由表2与 表3可知，当乳酸浓度达到9000-10500mg/L时，淀粉的膨胀性能接近6mg/L，表现出优异的 烘焙性能。由表3可知，糖蜜添加量为1.0g/100g时，膨胀能力最好，当糖蜜添加量小于1.0 g/100g时，膨胀能力呈上升趋势，随着糖蜜添加量增加，膨胀能力反而下降。
表2不同用量碳源所得发酵液中有机酸种类及含量测定
Figure RE-GDA0002088404860000062
测定不同用量碳源所得发酵木薯淀粉的膨胀能力，结果如表3所示。
表3不同用量碳源所得发酵木薯淀粉膨胀能力测定
Figure BDA0002013946390000063
实施例3
(1)用糖蜜(按可利用葡萄糖含量计算)调制成含量为1.0g/100mL的发酵培养基，高 温高压灭菌，温度范围控制在115℃，压力范围控制在0.2MPa，灭菌时间控制在20min。
(2)种子液的培养基为乳酸菌培养基(MRS肉汤培养基)，菌种为植物乳杆菌(CCTCCM2017138)，发酵温度为37℃，发酵时间为12h；待发酵培养基降温至25℃后，干净环境下 加入木薯淀粉，添加量为培养基质量的50％，搅拌调制成淀粉乳，将发酵后的种子液移入发酵培养基中，接种量分别替换为淀粉乳质量的0.5％、5％、15％、30％，发酵温度为37℃，发酵时间为96h。
(3)发酵结束后洗涤淀粉乳至pH为5，调整发酵木薯淀粉基含水量为50％。
(4)将调整水分后的淀粉乳平铺在晒干容器上，平均光照强度为150000勒克斯，光照 时间为8h，即得发酵木薯淀粉。
测定不同菌种接种量所得发酵木薯淀粉的糊化黏度特性，结果如表4所示。由表4可知， 当接种量0.5％，发酵非常缓慢，所得发酵木薯淀粉糊化特性与原淀粉相比改变不大，淀粉膨 胀性能略有上升。当接种量增加至30％时，所得淀粉黏度改变过大，导致淀粉膨胀性能下降。 在接种量为10％-15％时，所得淀粉在适宜黏度范围内1100-1200mPa·s，具有较高膨胀性能。 综上所述，发酵体系的接种量在10％较为经济合理。
表4不同菌种接种量所得发酵木薯淀粉糊化黏度特性测定
Figure BDA0002013946390000071
测定不同菌种接种量所得发酵木薯淀粉的膨胀能力，结果如表5所示。
表5不同菌种接种量所得发酵木薯淀粉膨胀能力测定
Figure BDA0002013946390000072
实施例4
(1)用糖蜜(按可利用葡萄糖含量计算)调制成含量为0.5g/100mL的发酵培养基，高 温高压灭菌，温度范围控制在115℃，压力范围控制在0.2MPa，灭菌时间控制在20min。
(2)种子液的培养基为乳酸菌培养基(MRS肉汤培养基)，菌种为植物乳杆菌(CCTCCM2017138)，发酵温度为37℃，发酵时间为12h；待发酵培养基降温至25℃后，干净环境下 加入淀粉，将淀粉替换为马铃薯淀粉、大米淀粉、玉米淀粉，添加量为培养基质量的50％， 搅拌调制成淀粉乳，将发酵后的种子液移入发酵培养基中，接种量为淀粉乳质量的10％。发酵温度为37℃，发酵时间为96h。
(3)发酵结束后洗涤淀粉乳至pH为5，调整发酵木薯淀粉基含水量为50％。
(4)将调整水分后的淀粉乳平铺在晒干容器上，平均光照强度为150000勒克斯，光照 时间为8h，即得发酵木薯淀粉；整个工艺的生产时长为5d。
测定不同淀粉所得发酵淀粉的糊化黏度特性和膨胀能力，结果如表6、7所示。由表6和 7可知，马铃薯淀粉的峰值黏度过大达到4890.5mPa·s，而大米、玉米的峰值黏度则过小分别 为678.0mPa·s与754.5mPa·s，原淀粉的膨胀能力均非常低。发酵后所得马铃薯淀粉黏度进一 步减小至2979.5mPa·s，延长发酵时间可能使其具备膨胀性能，但耗时且原料昂贵，生产经济 效益低。
表6不同来源淀粉及所得发酵淀粉糊化黏度特性测定
Figure BDA0002013946390000081
表7不同来源淀粉淀粉及所得发酵淀粉膨胀能力测定
Figure BDA0002013946390000082
对照例1直接人工加酸制备发酵木薯淀粉
生产方法：调制40％(w/w)木薯淀粉，在淀粉中添加乳酸反应不同时间，反应温度为 37℃。反应结束后洗涤淀粉乳至pH为5。调整发酵木薯淀粉基含水量为50％，将调整水分后 的淀粉乳平铺在晒干容器上，平均光照强度为150000勒克斯，光照时间为8h，即得发酵木 薯淀粉。
结果：整个工艺的生产时长均为2d，所得木薯淀粉膨胀性能差。
测定不同酸浓度所得发酵木薯淀粉的糊化黏度特性，结果如表8所示。实验发现，添加 与发酵液中相同浓度(1％)的纯乳酸会在短时间内迅速降低淀粉的黏度，同时淀粉膨胀性能 较差。调整酸浓度和处理时间，使得其峰值黏度在1100-1200mPa·s的适当范围内，发现淀粉 的膨胀性能略有改变，但增幅较小。综上所述，直接加酸虽会缩短发酵时间，但无法得到优 异的膨胀性能。
表8对照例1中不同浓度酸所得发酵木薯淀粉糊化黏度特性测定
Figure BDA0002013946390000091
测定不同酸浓度所得发酵木薯淀粉的膨胀能力，结果如表9所示。
表9对照例1所得发酵木薯淀粉膨胀能力测定
Figure BDA0002013946390000092
1％-24h：淀粉乳质量1％的乳酸反应24h；0.5％-24h：淀粉乳质量0.5％的乳酸反应24h；1％-0.5h： 淀粉乳质量1％的乳酸反应0.5h；0.25％-12h：淀粉乳质量0.25％的乳酸反应0.5h；0.25％-24h：淀粉乳质 量0.25％的乳酸反应24h；0.2％-24h：淀粉乳质量0.2％的乳酸反应0.5h。
对照例2自然发酵所得发酵液制备发酵木薯淀粉
参考实施例1，将种子液替换为经过沉降离心的发酵液，发酵液由40％淀粉乳自然发酵 4d制得，相应培养基为：未经过处理的水。其他条件不变，制备得到发酵木薯淀粉。整个工 艺的生产时长为10-14d。
测定多菌种发酵体系所发酵木薯淀粉的糊化黏度特性，结果如表10所示。由表10可知， 发酵4d得到发酵木薯淀粉峰值黏度为1160mPa·s，在适宜黏度范围内1100-1200mPa·s之间， 由表11可知其膨胀能力却较弱，究其原因可能是多菌株发酵产生淀粉酶及其他相关物质，对 淀粉的改变较复杂，导致其终黏度较高，回生程度上升。由表11可知，发酵4d、6d、8d时， 淀粉膨胀能力呈现先上升后下降趋势，但膨胀能力相对单菌株发酵仍然较差。发酵8d时，在 实验中观察到明显淀粉絮凝现象，峰值黏度有所下降，但终黏度明显上升，回生值也上升。
表10多菌种发酵体系所得发酵木薯淀粉糊化黏度特性测定
Figure BDA0002013946390000101
测定多菌种发酵体系所得发酵木薯淀粉的膨胀能力，结果如表11所示。
表11自然发酵中多菌种发酵体系所得发酵木薯淀粉膨胀能力测定
Figure BDA0002013946390000102

Claims (7)

1.一种烘焙用发酵木薯淀粉的生产方法，其特征在于，所述方法包括：
（1）碳源与水混合，制备得到发酵培养基；
（2）加入木薯淀粉形成淀粉乳，然后在淀粉乳中接种植物乳杆菌 CCTCC M2017138，进行发酵，即得发酵木薯淀粉；
（3）发酵结束后洗涤淀粉乳至pH为3.5-7，调整发酵木薯淀粉基含水量为30-60%；
（4）将调整水分后的淀粉乳平铺在晒干容器上，平均光照强度为100000-300000勒克斯，光照时间为8-72 h；
所述步骤（2）中植物乳杆菌的接种量为淀粉乳质量的10%-20%；
所述步骤（1）中发酵培养基中碳源的初始质量浓度为0.1-10 g/100g。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）中淀粉乳中的木薯淀粉质量浓度为（30-70）g/100g。
3.根据权利要求1~2任一所述的方法，其特征在于，所述碳源包括糖蜜、玉米浆、葡萄糖。
4.根据权利要求3所述的方法，所述步骤（2）中发酵的温度为30-40℃，发酵的时间为12-120 h。
5.权利要求1~4任一所述方法制备得到的发酵木薯淀粉。
6.一种面包，其特征在于，所述面包的配方中包含权利要求5所述的发酵木薯淀粉。
7.权利要求5所述的发酵木薯淀粉在烘焙领域中的应用。
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