CN110755439B - 一种多糖益生元及其制备方法和应用 - Google Patents

一种多糖益生元及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及多糖化合物领域,尤其涉及一种多糖益生元及其制备方法和应用。所述多糖益生元按照重量百分数计含有:甘露糖10~15%;鼠李糖1~5%;葡萄糖35~60%;半乳糖25~40%;木糖1~5。其依次通过脱脂、冷冻破壁、酶解水提以及提纯得到多糖益生元。本发明克服了现有技术中的益生元其配方组分较为单一且其调控肠道菌群效果不明显的缺陷,具有能够有效调节肠道中有益菌群以及有害菌群之间的数量,改善了人体肠道内部的菌群的平衡性的优点,同时提取方法简单,提取效率高。

Description

一种多糖益生元及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及多糖化合物领域,尤其涉及一种多糖益生元及其制备方法和应用。
背景技术
肠道菌群,人体肠道的正常微生物,如双歧杆菌,乳酸杆菌等能合成多种人体生长发育必须的维生素,如B族维生素(维生素B1、B2、B6、B12),维生素K,烟酸、泛酸等,还能利用蛋白质残渣合成必需氨基酸,如天冬门氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸和苏氨酸等,并参与糖类和蛋白质的代谢,同时还能促进铁、镁、锌等矿物元素的吸收。这些营养物质对人类的健康有着重要作用,一旦缺少会引起多种疾病。
因此,肠道菌群的存在与人体健康息息相关。现有技术中的通过调节肠道菌群最主要的方式是服用益生元。所谓益生元是一种膳食补充剂,通过选择性的刺激一种或少数种菌落中的细菌的生长与活性而对寄主产生有益的影响从而改善寄主健康的不可被消化的食品成分(Gibson and Roberfroid,1995)。成功的益生元应是在通过上消化道时,大部分不被消化而能被肠道菌群所发酵,且最重要的是它只是刺激有益菌群的生长,而不是有潜在致病性或腐败活性的有害细菌。
但是现有的益生元其配方组分较为单一,虽然具有一定的调节肠道菌群的效果,但是效果并不明显。
发明内容
本发明克服了现有技术中的益生元其配方组分较为单一且其调控肠道菌群效果不明显的缺陷,提供了一种能够有效调节肠道中有益菌群生长的一种多糖益生元及其制备方法和应用。
一种多糖益生元,所述多糖益生元按照重量百分数计含有:
甘露糖10~15%;
鼠李糖1~5%;
葡萄糖35~60%;
半乳糖25~40%;
木糖1~5。
本申请文件中使用的多糖益生元其为多种不同的单糖的组合物,其能够有效促进乳杆菌、双歧杆菌等有益菌的数量,且能够有效抑制肠球菌、大肠杆菌等有害微生物的生长。从而有效改善了人体肠道内部的菌群的平衡性。
作为优选,所述多糖益生元由地衣类的植物长松萝中提取得到。
一种多糖益生元的制备方法,所述方法包括以下步骤:
(1)脱脂:将长松萝粉碎后脱脂干燥,得到干燥的脱脂长松萝粉;
(2)冷冻破壁:将干燥的脱脂长松萝粉中加入一定量的水浸润,然后将湿润的脱脂长松萝粉浸入液氮中急速冷冻,取出后并对其反复施加静压力若干次,烘干后得到破壁长松萝粉;
(3)酶解水提:将破壁长松萝粉置于蒸馏水中进行酶解,酶解结束后升温提取,浓缩水提液,经醇沉后透析冷冻干燥得到长松萝粗多糖;
(4)提纯:将长松萝粗多糖经过除蛋白以及离子交换柱纯化后得到多糖益生元。
本发明在通过长松萝提取多糖益生元时首先通过有机溶液对长松萝进行脱脂,防止其中的油溶性化合物以及挥发性化合物对多糖益生元的污染。此外,在水提之前还使用了冷冻破壁,首先将干燥的脱脂长松萝粉使用水浸润,然后通过液氮急速冷却,由于水在冷冻条件下会产生一定的膨胀,因此经过急速冷冻后的长松萝粉的细胞壁会产生相应的膨胀,使得其内应力大大提升,在此时对其施加静压力,在细胞壁中的冰块被压碎的前提下,细胞壁、细胞膜以及细胞中的各个部分也会相应的破碎,且其破碎效果相较于常规的破壁效果更加优异,使得其内部含有的多糖益生元能够更加有效的被提取出来。
经过破壁之后的长松萝由于细胞壁破裂的形貌并不一致,因此通过酶解的方式能够进一步让细胞壁破裂,从而能够进一步提高多糖益生元的提取效率。
作为优选,所述步骤(1)中长松萝粉碎至100~300目,并将其加入到丙酮中回流脱脂8~24h后,过滤后将滤渣在70~85℃下烘干。
作为优选,所述步骤(2)中干燥的脱脂长松萝粉与水的质量比为1:(0.5~2.5)。
本发明中在破壁过程中长松萝粉与水的比例影响着破壁效果,如果含水量较小,则一部分细胞壁中的冷冻水含量较小,导致其再冷冻后仍然具有一定的韧性,导致其破裂效果不佳,但如果水量过多,则其整个细胞可能会被包裹在冰块中,导致固体的冰块能够分散一定的压力,使得破壁效果较差。本发明在这个含水量下能够使得细胞内的含水量处于平衡状态,既能够使得细胞壁具有一定的刚性,又不会让细胞壁外侧的冰分散细胞壁受到的压力,从而提升了破壁效果。
作为优选,所述步骤(2)中静压力为10~16MPa,施加静压力次数为3~5次。
作为优选,所述步骤(3)中破壁长松萝与蒸馏水的质量比为1:(10~20)。
作为优选,所述步骤(3)酶解使用的酶为纤维素酶,纤维素酶的添加量为溶液质量的0.5~2.5%,酶解温度为45~55℃,酶解时间为3~6h。
一种多糖益生元在肠道菌群调节药物中的应用。
因此,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明中的多糖益生元能够有效调节肠道中有益菌群以及有害菌群之间的数量,改善了人体肠道内部的菌群的平衡性;
(2)多糖益生元的提取方法简单,提取效率高。
附图说明
图1为长松萝在Q Sepharpse Fast Flow柱上的洗脱图。
图2为单糖标准品的液相色谱图。
图3为CSL-1的液相色谱图。
图4为CLS-1红外光谱分析图。
具体实施方式
下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明做进一步描述。下述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于下述实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
实施例1
一种多糖益生元的制备方法,所述方法包括以下步骤:
(1)脱脂:将长松萝粉碎至100目后置于丙酮中回流脱脂8h后,过滤将滤渣在70℃下烘干,得到干燥的脱脂长松萝粉;
(2)冷冻破壁:将干燥的脱脂长松萝粉中加入一定量的水浸润,长松萝粉与水的质量比为1:0.5,然后将湿润的脱脂长松萝粉浸入液氮中急速冷冻,取出后并对其施加10MPa静压力3次,然后烘干得到破壁长松萝粉;
(3)酶解水提:按照质量比1:10将破壁长松萝粉置于蒸馏水中,55℃下酶解6h,酶解使用的酶为纤维素酶,纤维素酶的添加量为溶液质量的2.5%,酶解结束后升温至85℃提取,浓缩水提液,经醇沉后透析冷冻干燥得到长松萝粗多糖;
(4)提纯:将长松萝粗多糖经过除蛋白以及离子交换柱纯化后得到多糖益生元。
除蛋白以及离子交换柱纯化步骤具体如下:
除蛋白:称取一定量的长松萝粗多糖置于烧杯中进行水溶,水溶后加入氯仿-正丁醇溶液(4︰1的体积比),体积为长松萝溶液的1/3即可。用磁力搅拌器在常温下搅拌,时间长30分钟,将混匀后的溶液在离心机上离心,设置离心转速为4000r/min,时间为15分钟,将得到的离心液按照上述操作重复进行,直到离心液清明透彻为止。
离子交换柱纯化:采用纤维素阴离子交换柱来进行纯化,其步骤如下:把脱完蛋白后的长松萝多糖用蒸馏水配成浓度为50mg/mL的溶液,经高速离心后吸出上清液。配置0、0.1、0.25、0.5、0.75、1、2mol/L的Nacl缓冲溶液,取出多糖上清液,加到已用Nacl缓冲溶液平衡好的强阴离子交换柱进行梯度洗脱。利用硫酸-苯酚法使得到的洗脱液充分反应之后,使用分光光度计进行比色分析,波长选择490nm。记录观察数据,绘制洗脱曲线。通过绘制的洗脱曲线计算出洗脱Nacl溶液的浓度后,再将样品进行分段洗脱。将收集之后的洗脱液仍用硫酸-苯酚法反应,测量吸光度,绘制洗脱曲线。随后收集主要的长松萝多糖组分,经旋转蒸发浓缩后进行透析脱盐和冻干。
实施例2
一种多糖益生元的制备方法,所述方法包括以下步骤:
(1)脱脂:将长松萝粉碎至300目后置于丙酮中回流脱脂24h后,过滤将滤渣在85℃下烘干,得到干燥的脱脂长松萝粉;
(2)冷冻破壁:将干燥的脱脂长松萝粉中加入一定量的水浸润,长松萝粉与水的质量比为1:2.5,然后将湿润的脱脂长松萝粉浸入液氮中急速冷冻,取出后并对其施加16MPa静压力5次,然后烘干得到破壁长松萝粉;
(3)酶解水提:按照质量比1:20将破壁长松萝粉置于蒸馏水中,55℃下酶解6h,酶解使用的酶为纤维素酶,纤维素酶的添加量为溶液质量的2.5%,酶解结束后升温至85℃提取,浓缩水提液,经醇沉后透析冷冻干燥得到长松萝粗多糖;
(4)提纯:将长松萝粗多糖经过除蛋白以及离子交换柱纯化后得到多糖益生元。
除蛋白以及离子交换柱纯化步骤具体如下:
除蛋白:称取一定量的长松萝粗多糖置于烧杯中进行水溶,水溶后加入氯仿-正丁醇溶液(4︰1的体积比),体积为长松萝溶液的1/3即可。用磁力搅拌器在常温下搅拌,时间长30分钟,将混匀后的溶液在离心机上离心,设置离心转速为4000r/min,时间为15分钟,将得到的离心液按照上述操作重复进行,直到离心液清明透彻为止。
离子交换柱纯化:采用纤维素阴离子交换柱来进行纯化,其步骤如下:把脱完蛋白后的长松萝多糖用蒸馏水配成浓度为50mg/mL的溶液,经高速离心后吸出上清液。配置0、0.1、0.25、0.5、0.75、1、2mol/L的Nacl缓冲溶液,取出多糖上清液,加到已用Nacl缓冲溶液平衡好的强阴离子交换柱进行梯度洗脱。利用硫酸-苯酚法使得到的洗脱液充分反应之后,使用分光光度计进行比色分析,波长选择490nm。记录观察数据,绘制洗脱曲线。通过绘制的洗脱曲线计算出洗脱Nacl溶液的浓度后,再将样品进行分段洗脱。将收集之后的洗脱液仍用硫酸-苯酚法反应,测量吸光度,绘制洗脱曲线。随后收集主要的长松萝多糖组分,经旋转蒸发浓缩后进行透析脱盐和冻干。
实施例3
一种多糖益生元的制备方法,所述方法包括以下步骤:
(1)脱脂:将长松萝粉碎至200目后置于丙酮中回流脱脂12h后,过滤将滤渣在80℃下烘干,得到干燥的脱脂长松萝粉;
(2)冷冻破壁:将干燥的脱脂长松萝粉中加入一定量的水浸润,长松萝粉与水的质量比为1:1.5,然后将湿润的脱脂长松萝粉浸入液氮中急速冷冻,取出后并对其施加15MPa静压力4次,然后烘干得到破壁长松萝粉;
(3)酶解水提:按照质量比1:20将破壁长松萝粉置于蒸馏水中,50℃下酶解4h,酶解使用的酶为纤维素酶,纤维素酶的添加量为溶液质量的1%,酶解结束后升温至80℃提取,浓缩水提液,经醇沉后透析冷冻干燥得到长松萝粗多糖;
(4)提纯:将长松萝粗多糖经过除蛋白以及离子交换柱纯化后得到多糖益生元。
除蛋白以及离子交换柱纯化步骤具体如下:
除蛋白:称取一定量的长松萝粗多糖置于烧杯中进行水溶,水溶后加入氯仿-正丁醇溶液(4︰1的体积比),体积为长松萝溶液的1/3即可。用磁力搅拌器在常温下搅拌,时间长30分钟,将混匀后的溶液在离心机上离心,设置离心转速为4000r/min,时间为15分钟,将得到的离心液按照上述操作重复进行,直到离心液清明透彻为止。
离子交换柱纯化:采用纤维素阴离子交换柱来进行纯化,其步骤如下:把脱完蛋白后的长松萝多糖用蒸馏水配成浓度为50mg/mL的溶液,经高速离心后吸出上清液。配置0、0.1、0.25、0.5、0.75、1、2mol/L的Nacl缓冲溶液,取出多糖上清液,加到已用Nacl缓冲溶液平衡好的强阴离子交换柱进行梯度洗脱。利用硫酸-苯酚法使得到的洗脱液充分反应之后,使用分光光度计进行比色分析,波长选择490nm。记录观察数据,绘制洗脱曲线。通过绘制的洗脱曲线计算出洗脱Nacl溶液的浓度后,再将样品进行分段洗脱。将收集之后的洗脱液仍用硫酸-苯酚法反应,测量吸光度,绘制洗脱曲线。随后收集主要的长松萝多糖组分,经旋转蒸发浓缩后进行透析脱盐和冻干。
实施例4
一种多糖益生元的制备方法,所述方法包括以下步骤:
(1)脱脂:将长松萝粉碎至250目后置于丙酮中回流脱脂10h后,过滤将滤渣在75℃下烘干,得到干燥的脱脂长松萝粉;
(2)冷冻破壁:将干燥的脱脂长松萝粉中加入一定量的水浸润,长松萝粉与水的质量比为1:2,然后将湿润的脱脂长松萝粉浸入液氮中急速冷冻,取出后并对其施加12MPa静压力3.5次,然后烘干得到破壁长松萝粉;
(3)酶解水提:按照质量比1:12将破壁长松萝粉置于蒸馏水中,48℃下酶解4h,酶解使用的酶为纤维素酶,纤维素酶的添加量为溶液质量的1%,酶解结束后升温至78℃提取,浓缩水提液,经醇沉后透析冷冻干燥得到长松萝粗多糖;
(4)提纯:将长松萝粗多糖经过除蛋白以及离子交换柱纯化后得到多糖益生元。
除蛋白以及离子交换柱纯化步骤具体如下:
除蛋白:称取一定量的长松萝粗多糖置于烧杯中进行水溶,水溶后加入氯仿-正丁醇溶液(4︰1的体积比),体积为长松萝溶液的1/3即可。用磁力搅拌器在常温下搅拌,时间长30分钟,将混匀后的溶液在离心机上离心,设置离心转速为4000r/min,时间为15分钟,将得到的离心液按照上述操作重复进行,直到离心液清明透彻为止。
离子交换柱纯化:采用纤维素阴离子交换柱来进行纯化,其步骤如下:把脱完蛋白后的长松萝多糖用蒸馏水配成浓度为50mg/mL的溶液,经高速离心后吸出上清液。配置0、0.1、0.25、0.5、0.75、1、2mol/L的Nacl缓冲溶液,取出多糖上清液,加到已用Nacl缓冲溶液平衡好的强阴离子交换柱进行梯度洗脱。利用硫酸-苯酚法使得到的洗脱液充分反应之后,使用分光光度计进行比色分析,波长选择490nm。记录观察数据,绘制洗脱曲线。通过绘制的洗脱曲线计算出洗脱Nacl溶液的浓度后,再将样品进行分段洗脱。将收集之后的洗脱液仍用硫酸-苯酚法反应,测量吸光度,绘制洗脱曲线。随后收集主要的长松萝多糖组分,经旋转蒸发浓缩后进行透析脱盐和冻干。
实施例5
一种多糖益生元的制备方法,所述方法包括以下步骤:
(1)脱脂:将长松萝粉碎至250目后置于丙酮中回流脱脂16h后,过滤将滤渣在80℃下烘干,得到干燥的脱脂长松萝粉;
(2)冷冻破壁:将干燥的脱脂长松萝粉中加入一定量的水浸润,长松萝粉与水的质量比为1:2.2,然后将湿润的脱脂长松萝粉浸入液氮中急速冷冻,取出后并对其施加15MPa静压力3~5次,然后烘干得到破壁长松萝粉;
(3)酶解水提:按照质量比1:18将破壁长松萝粉置于蒸馏水中,50℃下酶解5h,酶解使用的酶为纤维素酶,纤维素酶的添加量为溶液质量的2%,酶解结束后升温至80℃提取,浓缩水提液,经醇沉后透析冷冻干燥得到长松萝粗多糖;
(4)提纯:将长松萝粗多糖经过除蛋白以及离子交换柱纯化后得到多糖益生元。
除蛋白以及离子交换柱纯化步骤具体如下:
除蛋白:称取一定量的长松萝粗多糖置于烧杯中进行水溶,水溶后加入氯仿-正丁醇溶液(4︰1的体积比),体积为长松萝溶液的1/3即可。用磁力搅拌器在常温下搅拌,时间长30分钟,将混匀后的溶液在离心机上离心,设置离心转速为4000r/min,时间为15分钟,将得到的离心液按照上述操作重复进行,直到离心液清明透彻为止。
离子交换柱纯化:采用纤维素阴离子交换柱来进行纯化,其步骤如下:把脱完蛋白后的长松萝多糖用蒸馏水配成浓度为50mg/mL的溶液,经高速离心后吸出上清液。配置0、0.1、0.25、0.5、0.75、1、2mol/L的Nacl缓冲溶液,取出多糖上清液,加到已用Nacl缓冲溶液平衡好的强阴离子交换柱进行梯度洗脱。利用硫酸-苯酚法使得到的洗脱液充分反应之后,使用分光光度计进行比色分析,波长选择490nm。记录观察数据,绘制洗脱曲线。通过绘制的洗脱曲线计算出洗脱Nacl溶液的浓度后,再将样品进行分段洗脱。将收集之后的洗脱液仍用硫酸-苯酚法反应,测量吸光度,绘制洗脱曲线。随后收集主要的长松萝多糖组分,经旋转蒸发浓缩后进行透析脱盐和冻干。
对实施例1~5中制备得到的多糖益生元进行测试,如图1所示,长松萝粗多糖的洗脱条件为0、0.1、0.25、0.5mol/L的Nacl溶液,将4个顺序洗脱组分按照前后顺序依次命名为CSL-1、CSL-2、CLS-3和CLS-4,其中CSL-1为目标成分。
经过对
CSL-1再进行洗脱,并将CSL-1的单糖标准品的液相色谱图(图2)与液相色谱图(图3)进行比较,测得本发明中的多糖益生元含有葡萄糖(Glc)、鼠李糖(Rha)、木糖(Xyl)和半乳糖(Gal),根据峰面积计算得出甘露糖、鼠李糖、葡萄糖、半乳糖和木糖的比例为1.67:0.60:6.39:4.2:0.41将多糖益生元进行红外测试,测试结果图如图4所示,在1040cm-1、1077cm-1、1038cm-1、1075cm-1、1145cm-1、1024cm-1、1075cm-1、和1146cm-1处存在吡喃环的吸收峰;在1409cm-1、1417cm-1、1424cm-1和1425cm-1处为-CH3的变角振动吸收峰;在1647cm-1、1642cm-1、1622cm-1和1617cm-1处可能为结晶水的吸收峰;在2927cm-1、2930cm-1、2929cm-1和2927cm-1处为-CH3的伸缩振动吸收峰;在3396cm-1、3413cm-1、3386cm-1和3398cm-1处为O-H的伸缩振动吸收峰。
将多糖益生元进行动物实验,进行动物实验,其方法具体如下:
昆明小鼠(4周龄,雄性,18-22g),适应性喂养1周后,随机分组,每组16只。空白对照组,小鼠灌胃0.3ml的0.9%的生理盐水。实施例1-实施例5组。分别灌胃各实施例产品,连续灌胃28d。于实验结束灌胃前5天,每天捡取小鼠粪便进行水分含量、氨含量(按照《GB/T18204.25-2000》方法)和pH值检测。小鼠粪便菌群计数方法为:分别于小鼠灌胃第0、7、14、21、28d每组取小鼠2只,断椎处死,无菌条件下取小鼠肠道成形内容物,灭菌生理盐水稀释分别涂布于LBS琼脂培养基(检测乳杆菌)、胰胨-亚硫酸盐-环丝氨酸琼脂(TSC)培养基(检测产气荚膜梭菌)、双歧杆菌琼脂(NNLP)培养基、肠杆菌计数琼脂(VRBDA)培养基、胆盐-七叶苷-叠氮钠琼脂(BEA)培养基(检测肠球菌)平板上,37℃培养48h,菌落计数。
表1小鼠粪便组分含量
平均氨含量(μg/g) 平均水份含量% pH值
对照组 68.2 62.6 7.42
实施例1 60.8 55.6 7.29
实施例2 56.2 52.1 7.12
实施例3 59.3 54.8 7.26
实施例4 57.6 53.5 7.18
实施例5 60.1 55.1 7.22
表2小鼠粪乳杆菌菌群含量
Figure BDA0002232967850000081
表3小鼠粪双歧杆菌菌群含量
Figure BDA0002232967850000082
表4小鼠粪肠球菌菌群含量
Figure BDA0002232967850000091
表5小鼠粪肠杆菌菌群含量
Figure BDA0002232967850000092
如表1所示在给小鼠灌胃28d后,每组小鼠粪便中氨含量有所下降。与对照组相比,实施例1-5组能显著降低粪便中的氨含量(P<0.05)。小鼠粪便pH值有所下降,粪便水分含量有所下降。另外,小鼠肠道菌群分析结果显示(表2),实施例1-5能显著提高小鼠肠道中乳杆菌、双歧杆菌等有益菌的数量,肠球菌、肠杆菌等有害微生物的数量呈下降趋势。

Claims (6)

1.一种多糖益生元的制备方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(1)脱脂:将长松萝粉碎后脱脂干燥,得到干燥的脱脂长松萝粉;
(2)冷冻破壁:将干燥的脱脂长松萝粉中加入一定量的水浸润,然后将湿润的脱脂长松萝粉浸入液氮中急速冷冻,取出后并对其反复施加静压力若干次,烘干后得到破壁长松萝粉;
(3)酶解水提:将破壁长松萝粉置于蒸馏水中进行酶解,酶解结束后升温提取,浓缩水提液,经醇沉后透析冷冻干燥得到长松萝粗多糖;
(4)提纯:将长松萝粗多糖经过除蛋白以及离子交换柱纯化后得到多糖益生元;
步骤(3)酶解使用的酶为纤维素酶,纤维素酶的添加量为溶液质量的0.5~2.5%,酶解温度为45~55℃,酶解时间为3~6h;
所述多糖益生元按照重量百分数计含有:
甘露糖10~15%;
鼠李糖1~5%;
葡萄糖35~60%;
半乳糖25~40%;
木糖1~5%。
2.根据权利要求1所述的一种多糖益生元的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中长松萝粉碎至100~300目,并将其加入到丙酮中回流脱脂8~24h后,过滤后将滤渣在70~85℃下烘干。
3.根据权利要求1所述的一种多糖益生元的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中干燥的脱脂长松萝粉与水的质量比为1:(0.5~2.5)。
4.根据权利要求1或3所述的一种多糖益生元的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中静压力为10~16MPa,施加静压力次数为3~5次。
5.根据权利要求1所述的一种多糖益生元的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中破壁长松萝与蒸馏水的质量比为1:(10~20)。
6.根据权利要求1所述的一种多糖益生元的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中升温提取温度为75~85℃。
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