CN114145464A - 一种小麦麸皮膳食纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种小麦麸皮膳食纤维的制备方法,包括以下步骤:1)水洗预处理:将小麦麸皮用水浸泡后过滤,然后用水洗涤2~3次;2)高压蒸煮处理:在水洗后的小麦麸皮中加水,获得小麦麸皮混合液,调节pH至4.5~5.5,进行高压蒸煮处理;3)一次酶解:在高压蒸煮处理后的小麦麸皮混合液中加入中温α‑淀粉酶和纤维素酶,进行一次酶解;4)二次酶解:在一次酶解后的小麦麸皮混合液中加入碱性蛋白酶,进行二次酶解;5)后处理:将二次酶解后的小麦麸皮混合液进行灭酶、醇沉、离心和干燥处理。经本发明制备方法制取的小麦麸皮膳食纤维植酸含量显著降低,膳食纤维纯度、水溶性组分含量以及水溶性/水不溶性膳食纤维比例均明显提升。
Description
技术领域
本发明涉及农副产品加工技术领域。更具体地,涉及一种小麦麸皮膳食纤维的制备方法。
背景技术
膳食纤维是指含有10或10个以上单体单元,不能在人体小肠中被内源酶水解的碳水化合聚合物。根据水溶性不同,分为水溶性膳食纤维和非水溶性膳食纤维两大类,两者在结构和功效上存在一定差异,一般成人推荐摄入比例为1:3。由于膳食纤维具备降血糖降血脂、预防心血管疾病、改善肠道菌群结构、利于减肥以及缓解便秘等多种重要生理功效,被现代营养学列为“第七大营养素”。
小麦麸皮(麦麸)作为小麦制粉加工副产物,在我国的年产量已达千万吨级别,具有极大资源优势,其中膳食纤维含量约占小麦麸皮总质量的35%~50%,是最为丰富的谷物膳食纤维来源之一,但由于小麦麸皮中非水溶性膳食纤维含量较高,导致其口感粗糙、食用品质差,因此,目前仍多以畜牧饲料形式低值消耗,造成优质资源浪费;此外,小麦麸皮中较高含量的非纤维组分—淀粉、蛋白和抗营养因子植酸等也阻碍了其成为高活性的功能性食品配料。
近年来人们对于环境保护、经济效能、产品功能活性要求的综合考虑,以及生物工程的迅猛发展,推动着小麦麸皮膳食纤维的制取方法逐渐从污染严重、纤维活性低的化学法过渡到以内外源酶解、生物发酵为主,反应条件温和的生物法。而且为了进一步提升小麦麸皮膳食纤维纯度或水溶性组分的含量,还衍生出了一系列组合方法,如超声波-酶解、酶解-发酵、蒸汽爆破-发酵、酶解-挤压膨化-超微粉碎等。但将上述方法应用于实际生产还存在诸多问题,如超声波存在衰减,当麦麸处理量较大时会产生超声空白区,无法实现全覆盖作用;蒸汽爆破作为新兴预处理技术,连续作业设备价格昂贵,使用和维护的经济成本偏高;发酵法普遍生产周期较长,发酵过程中不可控因素较多;而多种方法组合无疑延长了工艺线,增加了工艺的复杂程度,不利于工业化推广利用。
因此,开发出一种有效降低植酸含量,提升小麦麸皮膳食纤维纯度和水溶性组分含量,制取过程环境友好、设备条件易于控制、经济成本低、生产周期短、能够实现工业化生产的小麦麸皮膳食纤维的制备工艺是十分必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小麦麸皮膳食纤维的制备方法。
为达到上述目的,本发明提供了如下技术方案:
本发明提供了一种小麦麸皮膳食纤维的制备方法,包括以下步骤:
1)水洗预处理:将小麦麸皮用水浸泡后过滤,然后用水洗涤2~3次;
2)高压蒸煮处理:在水洗后的小麦麸皮中加水,获得小麦麸皮混合液,调节pH至4.5~5.5,置于高压灭菌锅中,进行高压蒸煮处理;
3)一次酶解:在高压蒸煮处理后的小麦麸皮混合液中加入中温α-淀粉酶和纤维素酶,进行一次酶解;
4)二次酶解:在一次酶解后的混合液中加入碱性蛋白酶,进行二次酶解;
5)后处理:将二次酶解后的混合液进行灭酶、醇沉、离心和干燥处理。
其中,本发明的制备方法制取的小麦麸皮膳食纤维植酸含量显著降低,膳食纤维纯度、水溶性组分含量以及水溶性/水不溶性膳食纤维比例均明显提升。具体地,本发明将水洗预处理、酸性条件下高压蒸煮处理和多种酶制剂酶解进行有机复合,其中,1)水洗预处理去除65%以上的淀粉,有效降低了小麦麸皮膳食纤维中的淀粉残余量;最后一次的洗涤用水经离心处理后可以作为下一批原料的浸泡用水,循环使用降低水消耗量。2)酸性环境下进行高压蒸煮处理可以促进植酸降解,实现抗营养因子植酸含量的显著降低;降低纤维机械强度、软化纤维,提升水溶性膳食纤维含量;破坏内源酶(易产生醛、酮等异味的脂肪氧化酶等)活性。3)中温α-淀粉酶、纤维素酶和碱性蛋白酶进行复合酶解,一步实现残余淀粉脱除和水溶性组分含量提升。
进一步,在上述方法中,所述方法还包括,在小麦麸皮进行水洗预处理之前进行筛理、粉碎和过筛。
根据本发明的具体实施方式,所述筛理的目的是去除秸秆或砂石等杂质;所述过筛为过40目筛。
步骤1)中,所述浸泡的时间为15~30min。
步骤2)中,所述高压蒸煮处理是在温度为115~125℃的条件下,处理20~40min。
根据本发明的具体实施方式,步骤2)中,所述调节pH所用调节剂为柠檬酸。
步骤2)中,所述小麦麸皮混合液中,小麦麸皮和水的质量比为1:15~1:20。
步骤3)中,所述一次酶解是在45~65℃条件下,酶解2~4h。
步骤3)中,所述中温α-淀粉酶的添加量为小麦麸皮质量的0.1~0.3%,纤维素酶的添加量为小麦麸皮质量的0.05~0.2%。
步骤3)中,所述中温α-淀粉酶的酶活力为8000U/g~12000U/g;所述纤维素酶的酶活力为10000U/g~15000U/g。
步骤4)中,所述二次酶解是在pH为8.5~9.5,温度为45~65℃的条件下,酶解2~4h。
步骤4)中,所述碱性蛋白酶的添加量为小麦麸皮质量的2~4%。
步骤4)中,所述碱性蛋白酶的酶活力为300000U/g~500000U/g。
其中,本发明的酶解反应温度均处于恒定中温状态,减少了酶解过程中升、降温带来的繁琐操作,同时也有利于降低能源消耗,缩短生产周期。
根据本发明的具体实施方式,所述灭酶为加热灭酶。
步骤5)中,所述醇沉包括以下步骤:将灭酶后的混合液冷却后加入3~6倍体积的乙醇,搅拌后静置;所述乙醇的体积浓度为95%。
步骤5)中,所述干燥是在55~65℃条件下进行干燥。
本发明的有益效果如下:
本发明提供的小麦麸皮膳食纤维的制备方法将水洗预处理、酸性条件下高压蒸煮处理和多种酶制剂酶解处理工艺进行有机复合,使得制取的小麦麸皮膳食纤维植酸含量显著降低,膳食纤维纯度、水溶性组分含量以及水溶性/水不溶性膳食纤维比例均明显提升。
本发明提供的小麦麸皮膳食纤维的制备方法中所用设备成熟、方法简单,生产周期短、易于实现工业化生产。
具体实施方式
本发明公开了一种小麦麸皮膳食纤维的制备方法。本领域技术人员可以借鉴本文内容,适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是,所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的,它们都被视为包括在本发明。本发明的方法已经通过较佳实施例进行了描述,相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法进行改动或适当变更,来实现和应用本发明技术。
为了进一步理解本发明,下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅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。
如无特殊说明,本发明实施例中所涉及的试剂均为市售产品,均可以通过商业渠道购买获得。
其中,以下实施例及对比例中,所用中温α-淀粉酶的酶活力为10000U/g;纤维素酶的酶活力为11000U/g;碱性蛋白酶的酶活力为450000U/g。
实施例1
一种小麦麸皮膳食纤维的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)粉碎:将筛理过(去除秸秆或砂石等杂质)的小麦麸皮粉碎过40目筛;
(2)水洗预处理:按1:10的料液比向小麦麸皮中加入清水,混合搅匀、浸泡20min,用200目筛过滤浆液,再按相同料液比加入清水洗涤麦麸2次,之后沥干水分,去除小麦麸皮中的大部分淀粉和浮尘杂质等;
(3)高压蒸煮处理:向沥干水分的小麦麸皮中再次加水,调节料液质量比至1:17,用柠檬酸调节pH至5.0,置于高压蒸汽灭菌锅中,密封加热至121℃,保温时间25min;
(4)一次酶解:将物料降温并控制在50℃,加入添加量为小麦麸皮重量0.2%的中温α-淀粉酶和小麦麸皮重量0.12%的纤维素酶,酶解时间为2.5h;
(5)二次酶解:保持与一次酶解相同酶解温度,使用氢氧化钠调节pH至8.5~9.5,加入添加量为麦麸重量2.5%的碱性蛋白酶,酶解时间为3.5h;
(6)灭酶:酶解结束后对混合物料进行加热到100℃进行灭酶处理;
(7)沉淀:混合物料冷却后向其中加入4倍体积的95%的乙醇,搅拌后静置使胶状物得到充分沉淀;
(8)离心、干燥:将醇沉固体不溶物离心分离,60℃干燥,粉碎后过100目筛后,即得小麦麸皮膳食纤维。
实施例2
一种小麦麸皮膳食纤维的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)粉碎:将筛理过(去除秸秆或砂石等杂质)的小麦麸皮粉碎过40目筛;
(2)水洗预处理:按1:8的料液比向小麦麸皮中加入清水,混合搅匀、浸泡25min,用200目筛过滤浆液,再按相同料液比加入清水洗涤麦麸2次,之后沥干水分,去除小麦麸皮中的大部分淀粉和浮尘杂质等;
(3)高压蒸煮处理:向沥干水分的小麦麸皮中再次加水,调节料液质量比至1:18,用柠檬酸调节pH至5.0,置于高压蒸汽灭菌锅中,密封加热至121℃,保温时间30min;
(4)一次酶解:将物料降温并控制在55℃,加入添加量为小麦麸皮重量0.25%的中温α-淀粉酶和小麦麸皮重量0.14%的纤维素酶,酶解时间为2.0h;
(5)二次酶解:保持与一次酶解相同酶解温度,使用氢氧化钠调节pH至8.5~9.5,加入添加量为小麦麸皮重量3.0%的碱性蛋白酶,酶解时间为3.0h;
(6)灭酶:酶解结束后对混合物料进行加热到100℃进行灭酶处理;
(7)沉淀:混合物料冷却后向其中加入4倍体积的95%乙醇,搅拌后静置使胶状物得到充分沉淀;
(8)离心、干燥:将醇沉固体不溶物离心分离,60℃干燥,粉碎后过100目筛后,即得小麦麸皮膳食纤维。
实施例3
一种小麦麸皮膳食纤维的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)粉碎:将筛理过(去除秸秆或砂石等杂质)的小麦麸皮粉碎过40目筛;
(2)水洗预处理:按1:6的料液比向小麦麸皮中加入清水,混合搅匀、浸泡30min,用200目筛过滤浆液,再按相同料液比加入清水洗涤麦麸3次,之后沥干水分,去除小麦麸皮中的大部分淀粉和浮尘杂质等;
(3)高压蒸煮处理:向沥干水分的小麦麸皮中再次加水,调节料液质量比至1:18,用柠檬酸调节pH至5.0,置于高压蒸汽灭菌锅中,密封加热至121℃,保温时间35min;
(4)一次酶解:将物料降温并控制在60℃,加入添加量为小麦麸皮重量0.3%的中温α-淀粉酶和麦麸重量0.16%的纤维素酶,酶解时间为2.0h;
(5)二次酶解:保持与一次酶解相同酶解温度,使用氢氧化钠调节pH至8.5~9.5,加入添加量为小麦麸皮重量3.5%的碱性蛋白酶,酶解时间为2.5h;
(6)灭酶:酶解结束后对混合物料进行加热到100℃进行灭酶处理;
(7)沉淀:混合物料冷却后向其中加入4倍体积的95%乙醇,搅拌后静置使胶状物得到充分沉淀;
(8)离心、干燥:将醇沉固体不溶物离心分离,60℃干燥,粉碎后过100目筛后,即得小麦麸皮膳食纤维。
对比例1
一种小麦麸皮膳食纤维的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)粉碎:将筛理过(去除秸秆或砂石等杂质)的小麦麸皮粉碎过40目筛;
(2)高压蒸煮处理:向小麦麸皮中加水,调节料液质量比至1:17,置于高压蒸汽灭菌锅中,密封加热至121℃,保温时间25min;
(3)一次酶解:将物料降温并控制在50℃,使用柠檬酸调节pH至5.0,加入添加量为小麦麸皮重量0.2%的中温α-淀粉酶和小麦麸皮重量0.12%的纤维素酶,酶解时间为2.5h;
(4)二次酶解:保持与一次酶解相同酶解温度,使用氢氧化钠调节pH至8.5~9.5,加入添加量为小麦麸皮重量2.5%的碱性蛋白酶,酶解时间为3.5h;
(5)灭酶:酶解结束后对混合物料进行加热到100℃进行灭酶处理;
(6)沉淀:混合物料冷却后向其中加入4倍体积的95%乙醇,搅拌后静置使胶状物得到充分沉淀;
(7)离心、干燥:将醇沉固体不溶物离心分离,60℃干燥,粉碎后过100目筛后,即得小麦麸皮膳食纤维。
对比例2
一种小麦麸皮膳食纤维的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)粉碎:将筛理过(去除秸秆或砂石等杂质)的小麦麸皮粉碎过40目筛;
(2)水洗预处理:按1:10的料液比向小麦麸皮中加入清水,混合搅匀、浸泡20min,用200目筛过滤浆液,再按相同料液比加入清水洗涤小麦麸皮2次,之后沥干水分,去除小麦麸皮中的大部分淀粉和浮尘杂质等;
(3)常压沸水浴:向沥干水分的小麦麸皮中再次加水,调节料液质量比至1:17,用柠檬酸调节pH至5.0,100℃水浴保温时间25min;
(4)一次酶解:将物料降温并控制在60℃,加入添加量为小麦麸皮重量0.35%的中温α-淀粉酶和小麦麸皮重量0.3%的纤维素酶,酶解时间为2.0h;
(5)二次酶解:保持与第一阶段相同酶解温度,使用氢氧化钠调节pH至8.5~9.5,加入添加量为小麦麸皮重量3.5%的碱性蛋白酶,酶解时间为2.5h;
(6)灭酶:酶解结束后对混合物料进行加热到100℃进行灭酶处理;
(7)沉淀:混合物料冷却后向其中加入4倍体积的95%乙醇,搅拌后静置使胶状物得到充分沉淀;
(8)离心、干燥:将醇沉固体不溶物离心分离,60℃干燥,粉碎后过100目筛后,即得小麦麸皮膳食纤维。
对比例3
一种小麦麸皮膳食纤维的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)粉碎:将筛理过(去除秸秆或砂石等杂质)的小麦麸皮粉碎过40目筛;
(2)水洗预处理:按1:10的料液比向小麦麸皮中加入清水,混合搅匀、浸泡20min,用200目筛过滤浆液,再按相同料液比加入清水洗涤麦麸2次,之后沥干水分,去除小麦麸皮中的大部分淀粉和浮尘杂质等;
(3)高压蒸煮处理:向沥干水分的小麦麸皮中再次加水,调节料液比至1:17,置于高压蒸汽灭菌锅中,密封加热至121℃,保温时间25min;
(4)一次酶解:将物料降温并控制在50℃,调节pH至5.0,加入添加量为小麦麸皮重量0.2%的中温α-淀粉酶和小麦麸皮重量0.12%的纤维素酶,酶解时间为2.5h;
(5)二次酶解:保持与一次酶解相同酶解温度,使用氢氧化钠调节pH至8.5~9.5,加入添加量为麦麸重量2.5%的碱性蛋白酶,酶解时间为3.5h;
(6)灭酶:酶解结束后对混合物料进行加热到100℃进行灭酶处理;
(7)沉淀:混合物料冷却后向其中加入4倍体积的95%的乙醇,搅拌后静置使胶状物得到充分沉淀;
(8)离心、干燥:将醇沉固体不溶物离心分离,60℃干燥,粉碎后过100目筛后,即得小麦麸皮膳食纤维。
试验例1
将小麦麸皮原料、水洗麸皮(采用实施例1的洗涤条件)以及实施例1和对比例1所得小麦麸皮膳食纤维组分含量进行对比,具体结果见表一。
淀粉含量测定依照GB 5009.9-2016食品安全国家标准食品中淀粉的测定;膳食纤维纯度测定依照GB5009.88-2014食品安全国家标准食品中膳食纤维的测定。
表一:
结论:对比例1与实施例1的唯一不同是没有水洗预处理步骤。通过比较可以看出水洗预处理能够去除麸皮中65%以上的淀粉;在后续相同的淀粉酶解条件下,采用预先水洗可以有效降低小麦麸皮膳食纤维中的淀粉残余量,进而提升膳食纤维纯度。
试验例2
将小麦麸皮原料、对比例2和实施例1所得小麦麸皮膳食纤维组分含量对比:具体结果见表二。
水溶性膳食纤维含量测定依照GB5009.88-2014食品安全国家标准食品中膳食纤维的测定。植酸的测定方法为:准确称取0.4g样品于50mL离心管中,加入40mL 0.2mol/L盐酸溶液,室温下振荡提取3h。提取液在4000×g下离心10min,移取上清液1mL于15mL塑料离心管中,加入2mL硫酸铁铵溶液(0.2g/L),混匀后沸水浴30min,然后置于冰水浴中冷却15min降至室温,于4000×g下离心10min。吸取1mL上清液于5mL离心管中,加入1.5mL双吡啶溶液(1%),振动混匀,以蒸馏水为空白调零,于519nm处测定吸光度。以上述相同方法建立标准曲线并于标准曲线读取溶液中植酸含量,通过计算得到各样品中植酸含量。
表二:
小麦麸皮 | 实施例1 | 对比例2 | |
植酸含量(g/100g) | 3.86 | 1.63 | 2.62 |
水溶性膳食纤维含量(g/100g) | 2.87 | 7.26 | 4.44 |
结论:对比例2与实施例1的唯一不同是以常压沸水浴替代了高压蒸煮处理。通过比较可以看出高压蒸煮处理能够显著降低小麦麸皮膳食纤维中的植酸含量,同时明显提升水溶性膳食纤维含量。
试验例3
将小麦麸皮原料、对比例3和实施例1所得小麦麸皮膳食纤维组分含量对比:具体结果见表三。
表三:
小麦麸皮 | 实施例1 | 对比例3 | |
植酸含量(g/100g) | 3.86 | 1.63 | 2.92 |
结论:对比例3与实施例1的唯一不同是高压蒸煮处理前未对物料进行pH调节。通过比较可以看出在酸环境下进行高压蒸煮处理能够显著降低小麦麸皮膳食纤维中的植酸含量。
试验例4
将小麦麸皮、水洗麸皮(以实施例1的洗涤条件为例)以及实施例1~3所得小麦麸皮膳食纤维组分含量对比:具体结果见表四;
将小麦麸皮、实施例1~3所得小麦麸皮膳食纤维理化特性对比:具体结果见表五。
持水性的测定方法为:称取1g膳食纤维粉于50mL离心管中,加入30mL去离子水,涡旋10s后于室温下(20~25℃)静置18hr。次日3000g离心20min,去除上清液后将离心管倒置10min以去除残余液体,称重。持水性以每克膳食纤维粉吸收水的克数表示。
持油性的测定方法为:称取1g膳食纤维粉于50mL离心管中,加入10mL玉米油,涡旋30s后于室温下(20~25℃)静置18hr。次日3000g离心20min,去除上清液后将离心管倒置10min以去除残余液体,称重。持油性以每克膳食纤维粉吸收油的克数表示。
溶胀性的测定方法为:称取500mg膳食纤维粉于量筒中并读取其体积,加入10mL去离子水与样品搅拌均匀排净气泡,室温下(20~25℃)静置18hr,再次读取体积。溶胀性以每克膳食纤维吸水前后毫升数差值表示。
表四:
表五:
结论:通过比较可以看出经本方法制取的小麦麸皮膳食纤维植酸含量显著降低;膳食纤维纯度、水溶性组分含量以及水溶性/水不溶性膳食纤维比例(本方法以水洗后麸皮为增溶对象,因此将水洗麸皮的水溶性组分含量以及水溶性/水不溶性膳食纤维比例作为起始比较点)均有大幅提升;理化特性得到明显提升。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定,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,这里无法对所有的实施方式予以穷举,凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种小麦麸皮膳食纤维的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)水洗预处理:将小麦麸皮用水浸泡后过滤,然后用水洗涤2~3次;
2)高压蒸煮处理:在水洗后的小麦麸皮中加水,获得小麦麸皮混合液,调节pH至4.5~5.5,置于高压灭菌锅中,进行高压蒸煮处理;
3)一次酶解:在高压蒸煮处理后的小麦麸皮混合液中加入中温α-淀粉酶和纤维素酶,进行一次酶解;
4)二次酶解:在一次酶解后的小麦麸皮混合液中加入碱性蛋白酶,进行二次酶解;
5)后处理:将二次酶解后的小麦麸皮混合液进行灭酶、醇沉、离心和干燥处理。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述方法还包括,在小麦麸皮进行水洗预处理之前进行筛理、粉碎和过筛。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤1)中,所述浸泡的时间为15~30min。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤2)中,所述高压蒸煮处理是在温度为115~125℃的条件下,处理20~40min;
优选地,步骤2)中,所述小麦麸皮混合液中,小麦麸皮和水的质量比为1:15~1:20。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤3)中,所述一次酶解是在45~65℃条件下,酶解2~4h。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤3)中,所述中温α-淀粉酶的添加量为小麦麸皮质量的0.1~0.3%,纤维素酶的添加量为小麦麸皮质量的0.05~0.2%;
优选地,所述中温α-淀粉酶的酶活力为8000U/g~12000U/g;所述纤维素酶的酶活力为10000U/g~15000U/g。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤4)中,所述二次酶解是在pH为8.5~9.5,温度为45~65℃的条件下,酶解2~4h。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤4)中,所述碱性蛋白酶的添加量为小麦麸皮质量的2~4%;
优选地,所述碱性蛋白酶的酶活力为300000U/g~500000U/g。
9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤5)中,所述醇沉包括以下步骤:将灭酶后的小麦麸皮混合液冷却后加入3~6倍体积的乙醇,搅拌后静置;优选地,所述乙醇的体积浓度为95%。
10.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤5)中,所述干燥是在55~65℃的条件下进行干燥。
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