CN113165799A - 用于食物或饮料制备的具有与打开装置接合的可移位膜的胶囊 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于食物或饮料制备的胶囊(1)，该胶囊包括中空主体(2)和被刺穿以将流体注入胶囊中的注射壁(4)、在主体内部形成的容纳配料的室(10)、设置在室的底端处的膜(9)、以及在膜(9)附近设置在室(10)外部的打开装置(15)。打开装置(15)被构造成当所述膜(9)在打开压力下被压靠在所述打开装置(15)上时打开膜(9)。膜通过粘合密封件(11)附接到胶囊的主体(2)，该粘合密封件在主体(2)与膜(9)之间提供密封。当在室(10)内部建立释放压力时，粘合密封珠(11)允许膜(9)相对于主体(2)移位并抵靠打开装置(15)接合，同时其保持膜与胶囊主体(2)之间的附接。

Description

用于食物或饮料制备的具有与打开装置接合的可移位膜的 胶囊

技术领域

本发明涉及包括中空主体的食物或饮料胶囊领域，该中空主体容纳用于食物或饮料制备的配料。在食物或饮料制备的领域中，已知的是使用一次性胶囊以将配料与流体混合，该配料容纳于所述胶囊中，流体从容纳于食物或饮料制备机器中的加压源进料。更具体地讲，此类胶囊适于通过在制备压力下溶解到流体中或通过流体进行提取来制备食物或饮料制备物。这包括制备咖啡(在这种情况下，配料为待用水蒸气和/或热液态水提取的研磨烘焙咖啡)，以及用于制备饮料诸如速溶咖啡、热巧克力或汤或待用热水或冷水或奶溶解的其他脱水可食用产品的可溶性配料或可溶性配料的混合物。

背景技术

在压力下提取和/或溶解封闭胶囊的内容物(例如配料)的原理为已知的，并且通常包括将胶囊插入机器的接收器或腔体中，一般在利用穿刺注入元件(诸如被安装在机器上的流体注入针)刺穿胶囊的面之后将一定量的加压水或其它适配的流体注入到胶囊中，使得在胶囊内部产生加压环境以提取物质或溶解该物质，并且然后通过胶囊来释放所提取的物质或所溶解的物质。

已开发用于此类食品制备(具体地饮料制备)应用的胶囊，其在申请人的欧洲专利EP 1784344 B1或在欧洲专利申请EP 2062831中被描述并要求进行保护。

简而言之，这种胶囊通常包括：

-中空主体和注射壁，该注射壁不透液体和空气并且附接到主体(或与主体一体制成)且适于被例如机器的注射针刺穿，

-室，所述室容纳待提取的研磨烘焙咖啡、或可溶性配料或可溶性配料混合物的料层，

-膜，该膜通常由铝制成，设置在胶囊的底端处并附接到主体。

膜封闭室，以在加压流体被引入胶囊中时保持室中的内部压力。

通过增加室内的压力来实现用于饮料递送的室的打开。通过将一定量的加压流体诸如水引入到室中来增加该压力。当内部压力足够时，膜在与打开装置接触时打开。本发明涉及在胶囊内具有打开装置的胶囊，或换句话讲，涉及包括其自身的打开装置的胶囊，该打开装置通过在饮料提取时引入胶囊中的流体的压力升高来激活。这种类型的胶囊公开于例如欧洲专利申请EP 1472156中。打开装置设置在胶囊内、室的外部、膜的附近。当在室内部建立足够的压力时，膜趋于被压靠在所述打开装置上，并且被切割或撕裂，从而打开。饮料流过由此产生的开口。

打开装置例如由所谓的“锥体板”形成，该锥体板包括凸起和凹陷元件。膜在胶囊室中的压力升高的作用下接合锥体板的凸起和凹陷元件，直到膜撕开为止。

在此类胶囊中，必须找到关于膜的折衷方案。一方面，膜必须足够刚性以允许室内部的压力上升至所需水平，但另一方面，必须拉伸膜以正确地与打开装置接合。

因此，虽然当前设计得到良好的结果，但可对其进行优化，因为胶囊打开的方式不是完全规则的并且不能从一个胶囊到另一个胶囊再现。

因此，本发明涉及解决上述问题的用于食物或饮料制备的胶囊。

发明内容

根据本发明，提供了一种用于食物或饮料制备的胶囊，该胶囊包括：

-中空主体和注射壁，该注射壁不透液体和气体并且附接到主体且适于被刺穿以将流体注入胶囊中，

-室，该室形成在主体内部，容纳用于通过在压力下用流体溶解或在制备压力下通过流体进行提取来制备食物或饮料的配料，

-膜，该膜设置在室的底端处，用于保持室中的内部压力，

-在膜附近设置在室外部的打开装置，打开装置被构造成当所述膜在打开压力下被压靠在所述打开装置上时打开膜。膜通过粘合密封件附接到胶囊的主体，该粘合密封件被构造成当在室内部建立小于打开压力的释放压力并且该释放压力施加到膜表面的至少一部分时，允许膜相对于主体移位并抵靠打开装置接合，同时保持主体与膜之间的附接。

因此，当通过室内部的压力向膜施加足够的力时，根据本发明的胶囊允许膜相对于胶囊的主体略微移动。与现有技术相比，该膜不仅变形以与打开装置接合，而且还抵靠所述打开装置移位。

由于插置在膜与主体之间(通常在膜的边沿部分与围绕形成于胶囊室的底部处的开口形成的边缘之间)的粘合密封件的构型，这种移位是可能的。粘合密封件将膜附接到胶囊主体并在膜与主体之间提供不透流体的密封。当膜内部和外部的压力基本上平衡时(在货架期期间，胶囊内部的压力可略高于大气压)，由粘合密封珠提供的粘附足以保持膜牢靠地紧固到胶囊主体。然而，当在室内部建立被称为释放压力的足够压力时，由于室内部和外部之间的压力差，粘合密封件具有不足以维持施加在膜上的力的粘合特性。这导致膜发生移位，但保持膜与胶囊主体之间的附接，使得室保持闭合，直到膜在高于释放压力的打开压力下由打开装置打开。此类移位确保膜在被撕开之前正确地接合打开装置，从而可以实现更可预测和可再现的打开。尽管存在膜的移位但仍然保持密封，避免了在达到打开压力之前打开室。

允许膜在释放压力下移位的粘合密封件的构型可具体地至少基于以下参数：粘合密封组合物，膜与胶囊的主体之间的粘合密封件接触面积，当在室中建立压力时膜的施加有压力的部分的面积。

粘合密封件优选地为热封漆。密封漆可由一种或多种聚合物材料构成。例如，聚合物材料包括以下材料中的至少一种：聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和乙烯基(PVC)。

粘合密封件可具有包括在4N/15mm和12N/15mm之间的抗撕裂性，该抗撕裂性根据ISO 1924/1标准测得。

释放压力可设定在1巴和12巴之间，例如约5巴。打开压力可比释放压力高0.5巴至10巴。

粘合密封材料可选自用于食品工业的已知材料。期望的释放压力和打开压力可基于待制备的饮料或食物产品来确定。达到该压力是重要的，以便提取物质并形成高品质饮料。打开压力主要取决于膜和打开装置的特性。释放压力取决于密封件的构型，包括其制成材料、其形状(外形和尺寸等)，并且取决于膜的施加有室的内部压力以产生将所述膜推到室的外部的力的表面积。

制成膜的材料可具有高于10GPa、优选地高于30GPa的杨氏模量。膜可例如由铝制成。

铝的杨氏模量为约69GPa。膜的高杨氏模量促进室中的压力上升。然而，这限制了膜在撕开之前变形的能力。本发明使得可以使用非常刚性(非弹性)的膜，同时可以可靠地实现膜与打开装置的正确接合。

打开装置可包括具有面向膜的上表面的板(或由其构成)，并且上表面形成或承载锋利元件。锋利元件可为锥体或截棱锥。

具有承载截棱锥或其他锋利刺穿元件的上表面的板提供了有利的构型，因为此类表面充当压力扩散装置并且具有在刺穿(和打开)膜之前允许流体的压力在胶囊内部充分上升的效果。

形成室的材料可以是铝、铝/塑料复合材料、铝/塑料/纸材复合材料、纸材层合物以及单层或多层形式的塑料中的至少一者。

容纳于室中的配料可包括待用水蒸气和/或热液态水提取的研磨烘焙咖啡，或者可包括用于制备饮料诸如速溶咖啡、热巧克力或汤或待用热水或冷水或奶溶解的其他脱水可食用产品的可溶性配料或可溶性配料的混合物。

附图说明

本发明的另外的特征和优点在下文参照附图给出的目前优选的实施方案的说明中有所描述，并且这些特征和优点将从该说明中显而易见，其中：

图1是用于食物或饮料制备的胶囊的横截面的示意透视图；

图2是锥体板的示意性透视图，该锥体板构成可用于根据本发明的胶囊的打开装置；

图3a至图3c是胶囊的示意性局部剖视图，示出了根据现有技术的胶囊的膜的行为；

图4a至图4c以与图3a至图3c的视图类似的视图示出了根据本发明的实施方案的胶囊的膜的行为。

具体实施方式

图1的胶囊1包括由胶囊壁3制成的胶囊主体2。在所示的实施方案中，胶囊主体壁3具有截头圆锥形形状。

胶囊壁3可由不同的材料制成。它们可由铝、铝/塑料复合材料或铝/塑料/纸材复合材料制成。它们可由刚性或半刚性的热塑性塑料诸如聚丙烯或聚乙烯制成。塑料可为单层或多层形式。胶囊主体可例如也由任何合适类型的不可渗透的材料制成，该材料为诸如涂布纸、涂布硬纸板、包含纤维素纤维的其它材料、或例如淀粉、金属或合金、玻璃、合成或天然橡胶或弹性体、或它们的组合。优选地，材料将选自具有成本效益的环保型材料，例如生物降解材料，其具有阻隔性能，优选地至少对水分和氧气具有阻隔性能。

根据所用的材料，制造过程可为热成形或注射。例如，制造工艺还可涉及模内贴标(in-mould labelling)，以便通过使用具有水分和氧气阻隔性能的膜标签提供具有特定阻隔性能的胶囊。用于制备胶囊的这种模内贴标工艺在本申请人的欧洲专利公布EP 2559636A1中作了概括性地描述。可用任何种类的合适材料来实现容器壁的水分和氧气阻隔性能，该材料为诸如具有单层或多层的热塑性阻隔膜、或铝、或纸材、或它们的组合。胶囊主体壁3包括上部开口和下部开口。

胶囊主体的上部开口由形成顶面5的上部注射壁4封闭。上部注射壁4可焊接在胶囊主体壁3的上部周边边沿6上。

胶囊1还包括具有分配开口8的底壁7。胶囊还包括优选地由铝制成的可刺穿膜9。膜9附接到胶囊主体2。因此，室10形成在主体2内，由主体壁3、注射壁4和膜9界定。

膜9通过粘合密封件11附接到主体2。粘合密封件11在主体2和膜9之间提供密封。

更具体地讲，室10在其底端处由膜9封闭，室10的底端包括由所述膜9封闭的开口。室10的底端处的开口被边缘12围绕。边缘12在平行于胶囊的顶面5的平面中延伸，并且提供用于紧固膜9的平坦表面。粘合密封件11插置在所述边缘12与膜9的周边之间。

代表性示例性实施方案的胶囊1还包括分配器壁13，该分配器壁位于所述注射壁4与胶囊下部隔室14之间。

优选地，容纳于胶囊中的配料位于内部隔室14中，即位于胶囊室10的介于分配器壁13和底膜9之间的部分中。

然而，还可以在室10的整个容积中装入相同配料，或作为另外一种选择，可通过分配器壁13将两种不同配料彼此分隔开。

分配器壁13包括通孔。根据胶囊中所容纳的配料的类型和对应类型的产品制备，适当选择它们的直径。如果分配器壁包括单个孔，则穿过所述孔的流体流将形成具有强力混合效应的单个射流。在容纳于胶囊中的配料为可溶性粉末的情况下，则优选地选择该构型，该可溶性粉末需要与注入其中的水的强力涡流运动，以便改善该水对该粉末的溶解。另选地，例如如果容纳于胶囊隔室中的配料为研磨烘焙咖啡，则分配器壁13包括多个孔，这些孔均匀地分布于其整个表面中，以便确保容纳在分配器壁29与胶囊的底壁32之间的咖啡料层的适当润湿。

孔的直径优选地小于配料的最小颗粒，但足以确保水通过刚性分配器壁13的适当流量。直径可例如通常包括在10微米和3mm之间，优选地在100微米和1mm之间。

在膜9和底壁7之间提供打开装置15。打开装置15具有板的大致形状，所述板的顶面面向膜9并且在膜9附近设置在胶囊主体2的内部。打开装置的板的顶面形成锋利元件，该锋利元件适于在胶囊隔室内部的流体压力增加时刺穿或撕裂膜9，从而使膜与打开装置15接合并将所述膜压靠在所述打开装置上。

图2是与图1的胶囊中使用的打开装置相对应的打开装置15的示例性实施方案的详细透视图。打开装置15的顶面在图2中示出。根据该实施方案，用于打开膜9的打开装置15由具有凹陷和凸起元件16的盘组成。凹陷和凸起元件16具有锥体形状(更精确地讲，略微截棱锥形状)。在其他实施方案中，凹陷和凸起元件具有适于打开膜的任何其他几何形状，诸如圆锥形状。较小的凸起元件17也布置在锥形凸起元件16之间的空间18中。

板包括优选地在锥体凸起元件16之间的空间18中形成的孔(例如，在所述较小凸起元件的顶部处)，以便在打开膜9时使通过隔室14内部的溶解或提取形成的产品朝向消费者的杯子向外。

当膜接合并被压靠在打开装置的顶面上时，膜也具有用于所制备的饮料的过滤器功能。

然而，膜必须有足够刚性，以允许室内部的压力上升至所需水平。这就是为什么通常使用也适于与食物接触的铝的原因。同时，膜必须与打开装置正确地接合，并且具体地讲，膜必须变形和拉伸以适形于锥体表面(或其他开口元件的表面)，从而以可再现的方式提供均匀分布在膜表面上的可预测开口诸如孔或撕裂口。

图3a、图3b和图3c示出了根据现有技术的胶囊的膜在生产食物或饮料产品时的行为。

图3a示出了在室10内部注入流体之前用于食物或饮料制备的胶囊的底端部分。膜9通过粘合密封件11附接到由主体2的壁3形成的边缘12。当胶囊内部(室10)与胶囊外部之间的压力平衡时，不会因压力差而向膜9施加力。在这种状态下，膜9的外表面(室10外部的膜的面)在所述打开装置15的顶面附近面向打开装置15。

在图3b中，在压力下(即，高于大气压)将流体(通常为水和/或水蒸气)引入到在胶囊主体2内形成的室10中。压力在室10的内部升高。将压力施加到主体壁3和膜10上。更具体地讲，将压力施加到膜9的封闭由边缘12围绕的开口的部分。胶囊内部(室10)与胶囊外部之间的压力差，特别是在膜9下方的压力差，产生分布在膜表面区域上的力，该力封闭由边缘12围绕的开口。该力在从室10内部到外部的方向上推动膜9。膜9接合打开装置15。如图3b所示，由于膜由刚性材料诸如铝制成，因此膜9的变形受到限制。更具体地讲，膜表面积的增加(即，膜在撕裂之前拉伸的能力)是有限的。因此，膜仅适形于打开装置的凸起元件中的一些凸起元件的顶部部分。

随着流体的引入，室10中的压力升高，直到其达到所谓的打开压力。随着室内部的压力升高，膜通过室10内部的压力与所述室10外部的大气压力之间的压力差产生的力被压靠在打开装置上。当达到打开压力时，由于打开装置15的凸起元件16的锋利设计，膜打开(即，被刺穿、切割或撕裂)，如图3c所示。所获得的食物或饮料产品流过膜9和打开装置15，以由分配开口8递送。

然而，由于膜对凸起元件的适形在其被打开之前受到限制，因此膜可具有不规则开口：开口可不规则地分布在与打开装置接触的膜表面上，膜可在其适形于打开装置之前撕裂(使得压力下降并且饮料流过具有不希望形状的膜的开口)。膜的开口也可在一个胶囊与另一个胶囊之间不同。这可改变所制备的食物产品或饮料的品质或味道，因为在饮料制备期间室内部的压力可从一个胶囊到另一个胶囊改变，并且因为可改变膜和打开装置的过滤功能。铝膜的过滤功能对于保证饮料的良好品质十分重要，因为铝膜应将不可溶解的产品诸如研磨烘焙咖啡保持在胶囊内，同时允许饮料流动。具体地讲，铝膜应适当地覆盖形成于打开装置的锥体中的通道，否则可能让不期望的固体颗粒通过。

通过比较的方式，图4a、图4b和图4c示出了根据本发明的胶囊的膜在制备食物或饮料产品时的行为。

图4a和图3a相似，表示了在室10内部注入流体之前用于食物或饮料制备的胶囊的底端部分。此初始状态对于常规的现有技术胶囊和根据本发明的胶囊是相同的。

根据本发明，用于将膜9附接到胶囊的主体2并在它们之间提供密封的粘合密封件11具有以下特性。当在室10内部建立给定的释放压力时，粘合密封件11允许膜相对于主体移位并抵靠打开装置接合，同时保持主体与膜之间的密封，如图4b所示。换句话讲，膜保持固定地附接到边缘12，直到室10内部达到释放压力。当建立该释放压力时，施加到膜9的覆盖由边缘12围绕的开口的表面的力不能通过粘合密封件来维持，该力由室的内部与外部之间的压力差引起。因此，膜相对于主体移位以接合打开装置15。在图4b所示的状态下，室10内部已达到释放压力。由于由粘合密封件提供的固定强度不足以维持由室10内部的压力施加的力(前提条件是胶囊外部的压力为大气压)，因此膜的附接到边缘12的周边在所述边缘12上滑动。取决于所需的释放压力，可通过具有包括在4N/15mm和12N/15mm之间的抗撕裂性的粘合密封件获得此滑动移动，该抗撕裂性根据ISO 1924/1标准测得。

因此，当在室10内部建立高于释放压力的压力时，边缘12的仅径向最内部部分保持被膜覆盖并附接到膜的周边。然而，膜9与主体2之间的附接保持(即，在所示实施方案中，膜9与边缘12之间)。

尽管形成膜9的材料具有高刚度，但仍提供了额外的表面以使膜适形于打开装置的凸起元件17的形状(或者一般来讲，使膜适形于打开装置的形状)。与现有技术胶囊的膜相比，根据本发明的胶囊的膜9可更深地进入锥体凸起元件16之间的空间18中。膜对打开装置的形状的适形在膜的整个表面上更规则。

如图4c所示，室10中的压力随着流体的引入而上升，直到其达到打开压力。因此，粘合密封件被构造成使得打开压力高于释放压力。

膜通过由室10内部的压力与所述室10外部的大气压力之间的压力差产生的力被压靠在打开装置上。当达到打开压力时，由于打开装置15的凸起元件16的锋利设计在膜上产生机械杠杆效应，从而在膜材料中产生机械应力，直到膜材料达到其机械失效点并撕裂或更一般地断裂，膜打开(即，被刺穿、切割或撕裂)，如图4c所示。只要在胶囊的内部和外部之间形成通道以便允许产品从胶囊内部朝向外部流动，材料的这种破裂就不一定需要在垂直于膜的总平面的平面中，而是也可以在任何其他方向上，并且不一定贯穿材料的整个厚度。所获得的食物或饮料产品流过膜9和打开装置15，以由分配开口8递送。

由于膜更好地适形于打开装置的形状，因此可在膜的与打开装置接触的整个表面上获得规则的开口。在所示的示例性实施方案中，膜在打开之后呈现由每个锥体打开元件的顶部形成的均匀分布的开口。当从一个胶囊到另一个胶囊制备食物或饮料时，这也导致室10内部的恒定且因此更可预测的压力。最后，提供产品的恒定品质和味道。

本发明的一个重要方面是粘合密封件的构型。该构型包括用于形成密封件的材料的粘合特性和机械性能(剥离强度、剪切强度)，以及其形状(厚度、表面，并且更一般地，其尺寸等)。

粘合密封件的构型和膜的施加有胶囊室内部的压力的表面积决定了释放压力。

打开压力取决于待用给定胶囊制备的饮料或食物产品。适于咖啡制备的典型压力为约6巴至15巴。粘合密封件可被构造成在打开压力下提供1巴至10巴的释放压力。例如，当打开压力为6巴或更大例如13巴时，可选择5巴的释放压力。

当室的被膜覆盖的底端处的开口具有600mm²的表面积时，粘合密封件可例如具有以下构型。粘合密封件由热封漆制成。密封区域形成于直接围绕所述开口的平坦边缘上。因此，密封区域具有平坦的环形形状并且具有约3.5mm的宽度。例如，粘合密封件的厚度可包括在5微米和20微米之间。

应当理解，对本文所述的目前优选的实施方案作出的各种变化和修改对于本领域的技术人员将为显而易见的。可在不脱离本发明的实质和范围并在不减少所伴随的优点的情况下作出这些变化和修改。因此，此类变化和修改旨在由所附权利要求书涵盖。

Claims (14)

1.用于食物或饮料制备的胶囊(1)，所述胶囊包括：

-中空主体(2)和注射壁，所述注射壁不透液体和气体并且附接到所述主体(2)且适于被刺穿以将流体注入所述胶囊(1)中，

-室(10)，所述室形成在所述主体(2)内部，容纳用于通过在压力下用所述流体溶解或在制备压力下通过所述流体进行提取来制备食物或饮料的配料，

-膜(9)，所述膜设置在所述室(10)的底端处，用于保持所述室(10)中的内部压力，

-打开装置(15)，所述打开装置在所述膜(9)附近设置在所述室(10)外部，所述打开装置(15)被构造成当所述膜(9)在打开压力下被压靠在所述打开装置(15)上时打开所述膜(9)，

其特征在于，所述膜(9)通过粘合密封件附接到所述胶囊的所述主体(2)，所述粘合密封件被构造成当在所述室(10)内部建立小于所述打开压力的释放压力并且所述释放压力施加到所述膜(9)的表面的至少一部分时，允许所述膜(9)相对于所述主体(2)移位并抵靠所述打开装置(15)接合，同时保持所述主体(2)与所述膜(9)之间的附接。

2.根据权利要求1所述的胶囊，其中允许所述膜(9)在所述释放压力下移位的所述粘合密封件的构型至少基于以下参数：粘合密封组合物，所述膜(9)与所述胶囊的所述主体(2)之间的粘合密封件接触面积，当在所述室(10)中建立压力时所述膜(9)的施加有压力的所述部分的面积。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的胶囊，其中所述粘合密封件为热封漆。

4.根据权利要求3所述的胶囊，其中所述热封漆由一种或多种聚合物材料构成。

5.根据权利要求4所述的胶囊，其中所述一种或多种聚合物材料包括以下材料中的至少一种：聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和乙烯基(PVC)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的胶囊，其中所述粘合密封件具有包括在4N/15mm和12N/15mm之间的抗撕裂性，所述抗撕裂性根据ISO 1924/1标准测得。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的胶囊，其中所述释放压力设定在1巴和12巴之间，例如约5巴。

8.根据权利要求7所述的胶囊，其中所述打开压力比所述释放压力高0.5巴至10巴。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的胶囊，其中制成所述膜(9)的材料具有高于10GPa、优选地高于30GPa的杨氏模量。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的胶囊，其中所述膜(9)由铝制成。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的胶囊，其中所述打开装置(15)包括具有面向所述膜(9)的上表面的板，并且其中所述上表面形成或承载锋利的凸起元件(16)。

12.根据权利要求11所述的胶囊，其中所述凸起元件(16)为锥体或截棱锥。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的胶囊，其特征在于，形成所述室(10)的材料为铝、铝/塑料复合材料、铝/塑料/纸材复合材料、纸材层合物以及单层或多层形式的塑料中的至少一者。

14.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊，其中容纳于所述室(10)中的所述配料包括待用水蒸气和/或热液态水提取的研磨烘焙咖啡，或者包括用于制备饮料诸如速溶咖啡、热巧克力或汤或待用热水或冷水或奶溶解的其他脱水可食用产品的可溶性配料或可溶性配料的混合物。

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