CN114644548B - 一种牡丹籽功能物质的分离提取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种牡丹籽功能物质的分离提取方法，属于食品加工技术领域。本发明提取方法包括如下步骤：(1)将功能物质混合物放入料篮，加水后旋转料篮，持续2‑4h后得到釜底液体为经喷雾干燥得到芍药苷；所述功能物质混合物中包括黑色素、丹皮酚、芍药苷、醇和其他杂质；(2)继续加水，旋转料篮，加热至90‑100℃反应0.5‑4h反应釜中液体经喷雾干燥得到丹皮酚；(3)继续加水，加碱调整pH至9.0‑10.0，旋转料篮1.5‑2h，加酸调整pH至4.0‑4.5，静置沉淀后固液分离，得到固体经烘干为牡丹籽黑色素。通过本发明方法可将牡丹籽油生产中的副产物合理高效利用，分离提取过程绿色环保，产物提取率高且纯度好。

Description

一种牡丹籽功能物质的分离提取方法
技术领域
本发明属于食品加工技术领域，具体涉及一种牡丹籽功能物质的分离提取方法。
背景技术
牡丹籽中富含黑色素、丹皮酚和芍药苷三种功能物质。现有分离牡丹籽壳中色素的方法包括粉碎法、压榨法、有机溶剂提取法、回流法、超声波辅助萃取和减压蒸馏等方法，但在实际的牡丹籽黑色素提取过程中，存在着提取时间长、劳动强度大、原料预处理能耗高、生产的色素产品纯度差、有异味和溶剂残留等缺点。这些缺点直接影响了天然色素的发展及应用。现有提取丹皮酚的提取方法主要包括水蒸气蒸馏法、有机溶剂提取法、超临界CO2萃取法。现有芍药苷的提取方法主要包括有机溶剂浸提法、水煎煮法、回流提取法、超声提取法、酶提取法等。但在实际的提取过程中丹皮酚和芍药苷都溶于热水，乙醇等溶剂，常用的水蒸气、煎煮法、回流提取法等提取方法不能有效将这两种物质分离开来。虽然牡丹籽中功能物质的提取均有各自的提取方法，但实际湿法生产中牡丹籽提油后的产物因三种功能物质和杂质混杂在一起，导致三种功能物质无法有效的分离提取。因此，急需开发一种能高效分离提取这三种功能物质的方法满足实际生产需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种牡丹籽功能物质的分离提取方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：本发明提供了一种牡丹籽功能物质的分离提取方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将功能物质混合物放入料篮中并将料篮封口，将料篮降入反应釜底部加水，旋转料篮，持续2-4h后得到釜底液体为液体Ⅰ，将液体Ⅰ喷雾干燥得到芍药苷；所述功能物质混合物中包括黑色素、丹皮酚、芍药苷、醇和其他杂质；
(2)将反应釜中液体Ⅰ抽干后加水，旋转料篮，继续加热至90-100℃反应0.5-4h后收集釜底液体为液体Ⅱ，将液体Ⅱ喷雾干燥得到丹皮酚；
(3)将反应釜中液体Ⅱ抽干后加水，再加入碱溶液将釜中pH调至9.0-10.0后，旋转料篮1.5-2h，再加入酸溶液，将pH调整至4.0-4.5后，停止旋转，静置沉淀1h以上进行固液分离，分离得到的酸液回收，固体Ⅰ经烘干得到牡丹籽黑色素。
本发明分离提取方法将功能物质的混合溶液通过喷雾干燥工艺制备成功能物质混合物，将功能物质混合物放入反应釜的可升降料篮中，将料篮封口后，降入反应釜底部后，加入纯化水，旋转料篮，持续2-4h得到液体Ⅰ，将液体Ⅰ喷雾干燥得到芍药苷。反应釜中将液体Ⅰ抽干后加入纯化水后，旋转料篮，开始加热，当温度达到90-100℃后开始计时，加热0.5-4h后收集釜底液体为液体Ⅱ，将液体Ⅱ喷雾干燥得到丹皮酚。在反应釜中继续加入纯化水，从碱罐中打入碱溶液将釜中pH调至9.0-10.0后，旋转料篮，持续1.5-2h后，从酸罐中打入酸溶液，将pH调整至4.0-4.5后，停止搅拌，沉淀1h以上进行固液分离，分离后的酸液重新收集至酸罐，固体Ⅰ收集后，烘干后得到牡丹籽黑色素。通过本发明方法可以将牡丹籽油生产中的副产物合理高效利用，提取工艺并不需要有毒有害的溶剂、酸液可回收循环使用，分离提取过程绿色环保。此外，本发明方法还具有分离过程连续程度高，分离后所得物质成分明确，纯度高、提取率高、杂质少等优点。通过本发明分离提取方法可以从含有黑色素、丹皮酚、芍药苷、醇和水的功能物质溶液中高效分离出黑色素、丹皮酚、芍药苷，解决了目前牡丹籽油生产中的副产物难以高效利用，功能物质无法有效的分离提取的问题。
作为本发明的优选实施方式，步骤(2)至步骤(3)中，所述喷雾干燥的条件为：进风温度160-180℃，进料转速600-800rpm，喷枪压力0.17-0.25MPa。
发明人经过研究发现，喷雾干燥在上述条件范围内时，干燥效率高，干燥效果好，同时不会因为温度过高而导致有效组分失活变质。
作为本发明的优选实施方式，步骤(1)中，所述水的质量与功能物质混合物的质量比为(3-7)：1；所述料篮的旋转速度为10-15rpm。
发明人经过研究发现，如果水的质量小于功能物质混合物的质量的3倍，过少的纯化水会降低芍药苷的提取效率，如果大于7倍不能增加提取效率还会增加能耗。
作为本发明的优选实施方式，步骤(1)至步骤(3)中，所述料篮为六面立方体结构，顶面和侧面包括网状结构；所述网状结构的孔径为60-100目。
发明人经过研究发现，如果目数小于60目，则功能物质混合物将会从孔中洒出，如果目数大于100目，则无法与纯化水充分接触，从而导致提取率下降。
作为本发明的优选实施方式，步骤(1)至步骤(3)中，所述网状结构的孔径为80目。
发明人经过研究发现，所述网状结构的孔径为80目时功能物质混合物与水充分接触，提取率最高。
作为本发明的优选实施方式，步骤(2)中，所述水的质量与步骤(1)中功能物质混合物的质量比为(5-9)：1；所述料篮的旋转速度为12-25rpm。
发明人经过研究发现，与步骤(1)相比由于步骤(2)中涉及长时间加热过程，水的质量与步骤(1)中功能物质混合物的质量比增加至为(5-9)：1。同样，过少的5倍纯化水量会降低丹皮酚的提取效率，如果大于9倍不能增加提取效率还会增加能耗。料篮的旋转速度较步骤(1)增强的原因是让丹皮酚充分溶解在热水中。
作为本发明的优选实施方式，步骤(1)至步骤(3)中，所述反应釜上设有人孔、纯化水口、蒸气出口、酸水口、碱水口、排料口；所述反应釜内还设有pH测试装置、温度测试装置和料篮；所述反应釜内料篮放置于可升降底座上并通过传动杆与电机相连；所述反应釜与加热装置相连。
作为本发明的优选实施方式，所述步骤(2)中，继续加热至100℃反应1-2h后收集釜底液体为液体Ⅱ。
发明人经过研究发现，如果加热时间小于1h则不能充分溶解料篮中的丹皮酚，会降低提取率；如果加热时间大于2h不会增加提取率还会造成能源浪费。
作为本发明的优选实施方式，步骤(3)中，所述水的质量与步骤(1)中功能物质混合物的质量比为(3-4)：1；所述料篮的旋转速度为10-15rpm。
发明人经过研究发现，步骤(3)中由于包括需要调节pH的步骤，如果水的质量小于步骤(1)中功能物质混合物的质量的3倍，过少的水量会降低黑色素的提取效率，而当水量大于4倍后，调节pH过程中的酸碱用量会增加，导致成本提高。
作为本发明的优选实施方式，步骤(3)中，所述固液分离使用碟片式分离机实现；所述烘干温度为45-60℃。
作为本发明的优选实施方式，步骤(3)中，所述碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢铵、氨水中的至少一种；所述酸包括盐酸、硝酸、硫酸、醋酸、磷酸中的至少一种。
发明人经过研究发现，牡丹籽中所含黑色素为真黑色素，可以通过碱性环境进行溶解后通过调节pH至酸性进行沉淀分离。
本发明还提供了上述任一项分离提取方法在各类牡丹籽黑色素、丹皮酚、芍药苷产品生产加工中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明方法通过完整连续的工艺流程和科学合理的反应装置实现了黑色素、丹皮酚、芍药苷的有效分离。
(2)本发明方法可以将牡丹籽油生产中的副产物合理高效利用，提取工艺并不需要有毒有害的溶剂、酸液可回收循环使用，分离提取过程绿色环保。
(3)本发明方法还具有分离过程连续程度高，杂质便于收集处理，分离后所得物质成分明确，纯度高、提取率高、杂质少的优点。
附图说明
图1为本发明工艺流程示意图。
图2为本发明反应釜结构示意图。
图3为本发明料篮侧视图。
图4为本发明料篮俯视图。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。实施例中所述实验方法如无特殊说明，均为常规方法；如无特殊说明，所述试剂和材料，均可从商业途径获得。
本发明功能物质溶液的制备方法参照中国专利202210058277.4实施例1中功能物质混合溶液的制备方法，具体步骤为：(1)将新鲜牡丹籽用45℃纯净水，100rpm转速下搅拌30min清洗，沥干水分；(2)将步骤(1)得到的洁净牡丹籽，破碎进行物理压榨得到混合物，加入与混合物相同体积无水乙醇，在50r/min下混合搅拌浸取的方式融合提取30min后，使用螺旋卸料式离心机固液分离，得到固相和液相物质，固相为固相Ⅰ，液相为液相Ⅰ。(3)将步骤(2)得到的液相Ⅰ静置后1h所得醇溶液和油相物质分离，醇溶液物质为醇溶液Ⅰ，油相物质为油相Ⅰ。(4)将步骤(2)得到的固相物质加入2.4倍乙醚：乙醇：水＝6：2：2的浸提液后混合，静置1h后得到醚相、醇溶液和固相，所得醚相为醚相Ⅰ、醇溶液为醇溶液Ⅱ、固相为固相Ⅱ。(5)将步骤(4)得到的醚相Ⅰ，通过45℃旋转蒸发处理2h后得到油相物质，所得油相物质为油相Ⅱ，并回收乙醚。(6)将步骤(4)得到固相Ⅱ进行固液分离，所得固相物质为固相Ⅲ，所得液相物质为液相Ⅱ，固相Ⅲ主要为碳水化合物。(7)将步骤(4)所得的醇溶液Ⅱ和步骤(6)所得的液相Ⅱ混合后，加入等比例的步骤(3)得到的醇溶液Ⅰ，混合为液相Ⅲ。醇溶液Ⅱ体积之和液相Ⅱ与醇溶液Ⅰ的体积比为：(液相Ⅱ+醇溶液Ⅱ)：醇溶液Ⅰ＝(1.5-2)：1。所得的液相Ⅲ中乙醇浓度为70％以上。(8)将步骤(7)所得的液相Ⅲ的固液分离得到固体为牡丹蛋白，液体为含有功能物质的混合溶液；其中功能物质包括黑色素、丹皮酚和芍药苷等。
实施例1
作为本发明牡丹籽功能物质的分离提取方法的实施例，具体实施步骤包括：
(1)将功能物质混合物，倒入反应釜的可升降料篮中，降料篮为长方体结构，顶部和侧边为网状结构孔径80目。将料篮封口后，降入反应釜底部后，加入5倍重量的纯化水，以10-15rpm旋转料篮，持续2h后将液体打入收集罐，记作液体Ⅰ。
(2)反应釜液体抽干后加入6倍重量的纯化水后，以12-25rpm旋转料篮，开始加热，当温度达到90-100℃后开始计时，加热2h后，收集罐中液体，记作液体Ⅱ。
(3)继续加入3.5倍重量的纯化水，从碱罐中打入NaOH溶液将釜中pH调至9.0-10.0后，以10-15rpm旋转料篮，持续2h后，从酸罐中打入HCl溶液，将pH调整至4.0-4.5后，停止搅拌，沉淀1h后，进行固液分离，分离后的酸液重新收集至酸罐，固体Ⅰ收集后，烘干后得到牡丹籽黑色素。
分别将收集3次的步骤(1)所得的液体Ⅰ进行喷雾干燥处理得到芍药苷、步骤3所得的液体Ⅱ进行喷雾干燥处理得到丹皮酚。
实施例2
作为本发明牡丹籽功能物质的分离提取方法的实施例，具体实施步骤包括：
(1)将功能物质混合物，倒入反应釜的可升降料篮中，降料篮为长方体结构，顶部和侧边为网状结构孔径80目。将料篮封口后，降入反应釜底部后，加入3倍重量的纯化水，以10-15rpm旋转料篮，持续2h后将液体打入收集罐，记作液体Ⅰ。
(2)反应釜液体抽干后加入5倍重量的纯化水后，以12-25rpm旋转料篮，开始加热，当温度达到90-100℃后开始计时，加热2h后，收集罐中液体，记作液体Ⅱ。
(3)继续加入3倍重量的纯化水，从碱罐中打入NaOH溶液将釜中pH调至9.0-10.0后，以10-15rpm旋转料篮，持续2h后，从酸罐中打入HCl溶液，将pH调整至4.0-4.5后，停止搅拌，沉淀1h后，进行固液分离，分离后的酸液重新收集至酸罐，固体Ⅰ收集后，烘干后得到牡丹籽黑色素。
分别将收集3次的步骤(1)所得的液体Ⅰ进行喷雾干燥处理得到芍药苷、步骤3所得的液体Ⅱ进行喷雾干燥处理得到丹皮酚。
实施例3
作为本发明牡丹籽功能物质的分离提取方法的实施例，具体实施步骤包括：
(1)将功能物质混合物，倒入反应釜的可升降料篮中，降料篮为长方体结构，顶部和侧边为网状结构孔径80目。将料篮封口后，降入反应釜底部后，加入7倍重量的纯化水，以10-15rpm旋转料篮，持续2h后将液体打入收集罐，记作液体Ⅰ。
(2)反应釜液体抽干后加入9倍重量的纯化水后，以12-25rpm旋转料篮，开始加热，当温度达到90-100℃后开始计时，加热2h后，收集罐中液体，记作液体Ⅱ。
(3)继续加入4倍重量的纯化水，从碱罐中打入NaOH溶液将釜中pH调至9.0-10.0后，以10-15rpm旋转料篮，持续2h后，从酸罐中打入HCl溶液，将pH调整至4.0-4.5后，停止搅拌，沉淀1h后，进行固液分离，分离后的酸液重新收集至酸罐，固体Ⅰ收集后，烘干后得到牡丹籽黑色素。
分别将收集3次的步骤(1)所得的液体Ⅰ进行喷雾干燥处理得到芍药苷、步骤3所得的液体Ⅱ进行喷雾干燥处理得到丹皮酚。
实施例4
作为本发明牡丹籽功能物质的分离提取方法的实施例，实施例4除料篮网状结构孔径为60目与实施例1不同外，其他步骤的工艺参数均相同。
实施例5
作为本发明牡丹籽功能物质的分离提取方法的实施例，实施例4除料篮网状结构孔径为100目与实施例1不同外，其他步骤的工艺参数均相同。
对比例1
作为本发明牡丹籽功能物质的分离提取方法的对比例，对比例1除料篮网状结构孔径为50目与实施例1不同外，其他步骤的工艺参数均相同。
使用50目孔径网状结构的料篮时，功能物质混合物会通过料篮进入水中，导致提取产物中混有功能物质混合物，提取得到的产物纯度均降低。
对比例2
作为本发明牡丹籽功能物质的分离提取方法的对比例，对比例2除料篮网状结构孔径为110目与实施例1不同外，其他步骤的工艺参数均相同。
使用110目孔径网状结构的料篮时，功能物质混合物和水无法充分的接触混合，导致提取率下降。
发明人通过计算实施例1-5和对比例1-2中分离提取出黑色素、丹皮酚、芍药苷的质量与投入功能物质混合物(将功能物质溶液进行喷雾干燥得到的功能物质混合物)的质量比计算出上述各种产物的提取率。上述所有产物收率之和即为综合回收率，详细的结果如下表1所示：
表1实施例1-5和对比例1-2各种产物提取率及综合回收率
黑色素提取率/％ 丹皮酚提取率/％ 芍药苷提取率/％ 综合回收率/％
实施例1 35.23 11.37 32.61 79.21
实施例2 34.64 11.01 32.17 77.82
实施例3 36.11 11.74 33.00 80.85
实施例4 33.76 9.46 31.04 74.26
实施例5 33.15 9.66 30.10 72.91
对比例1 21.36 3.62 12.18 37.16
对比例2 24.31 2.81 20.59 47.71
由表1的结果表明，本发明料篮如果目数小于60目，则功能物质混合物将会从孔中洒出造成提取产物中有杂质；如果目数大于100目，则功能物质混合物无法与纯化水充分接触，从而导致提取率下降；在目数为80目时，提取率最高。本发明各步骤加入的水量会影响提取率，但水量过多也会导致喷去干燥时间长，生产效率低下，能耗增高的问题。本发明牡丹籽功能物质的分离提取方法可以连续高效的从牡丹籽油生产中的副产物中分离提取出黑色素、丹皮酚、芍药苷组分，综合回收率达到79％以上。
进一步对实施例1-5和对比例1-2中分离提取出黑色素、丹皮酚、芍药苷的进行纯度测试，具体的测试方法为：
芍药苷的纯度测定：参照高效液相色谱法(《中国药典》2015年版四部通则0512)测定芍药苷的含量。其中色谱条件与系统适用性试验为：以十八烷基硅烷键合硅胶为填充剂，以乙腈-0.1％磷酸溶液(体积比14:86)为流动相，检测波长为230nm，理论板数按芍药苷峰计算应不低于2000。照品溶液的制备：取芍药苷对照品适量，精密称定，加甲醇制成每1mL含60μg的溶液，即得。供试品溶液的制备：取本品中粉约0.1g，精密称定，置50mL量瓶中，加稀乙醇35mL，超声处理(功率240W，频率45kHz)30分钟，放冷，加稀乙醇至刻度，摇匀，滤过，取续滤液，即得。测定方法：分别精密吸取对照品溶液与供试品溶液各10μL，注入液相色谱仪，测定，即得。
丹皮酚的纯度测定：参照高效液相色谱法(《中国药典》2015年版四部通则0512)测定丹皮酚的含量。其中色谱条件与系统适用性试验：以十八烷基硅烷键合硅胶为填充剂，以甲醇-水(体积比45:55)为流动相，检测波长为274nm，理论板数按丹皮酚峰计算应不低于5000。对照品溶液的制备：取丹皮酚对照品适量，精密称定，加甲醇制成每1mL含20μg的溶液，即得。供试品溶液的制备：取本品中粉约0.5g，精密称定，置mL50mL量瓶中，加甲醇50mL，超声处理(功率300W，频率50kHz)30分钟，放冷，加甲醇至刻度，摇匀，滤过，精密量取过滤液1mLmL，置10mL量瓶中，加甲醇稀释至刻度，摇匀，即得。测定法：分别精密吸取对照品溶液与供试品溶液各10μL，注入液相色谱仪，测定，即得。
黑色素的纯度测定：参照《乌骨鸡黑色素的高效液相色谱法测定》测定黑色素的含量。其中色谱条件与系统适用性试验：以十八烷基硅烷键合硅胶为填充剂，以甲醇-0.1％甲酸(体积比30:70)为流动相，检测波长为282.8nm。对照品溶液的制备：精密称定5-羟基吲哚对照品50mg，加1mol/L的K2CO3 50mL，加入30％H2O2的2mL,置于100℃水浴20min。流水冷却后，加入2.5mL10％Na2SO3终止反应。加入6mol/L的HCl 20mL调节pH至1.0。用70mL无水乙醚提取3次，合并所有有迹象，抽真空干燥后用流动相定容，制成每1mL含20μg的溶液，即得。供试品溶液的制备：精密称取10mg样品，加入1mol/L的K2CO38.6mL和0.8mL 3％的H2O2，置于100℃水浴20min。流水冷却后，加入10％的Na2SO3 0.4mL终止反应，加入6mol/L的HCl 5mL调节pH至1.0。9500r/min离心后，取上清，使用70mL无水乙醚抽取2次，合并所有有机相，抽真空干燥后用流动相复溶，制成每1mL含20μg的溶液，即得。测定法：分别精密吸取对照品溶液与供试品溶液各10μL，通过0.45μm有机膜过滤，注入HPLC分析注入液相色谱仪，测定，即得。
表2实施例1-5和对比例1-2各种产物纯度
黑色素纯度/％ 丹皮酚提纯度/％ 芍药苷提纯度/％
实施例1 63.36 64.87 52.17
实施例2 57.71 53.01 47.37
实施例3 61.15 66.31 52.24
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种牡丹籽功能物质的分离提取方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将功能物质混合物放入料篮中并将料篮封口，将料篮降入反应釜底部加水，旋转料篮，持续2-4h后得到釜底液体为液体Ⅰ，将液体Ⅰ喷雾干燥得到芍药苷；所述功能物质混合物中包括黑色素、丹皮酚、芍药苷、醇和其他杂质；
(2)将反应釜中液体Ⅰ抽干后加水，旋转料篮，继续加热至90-100℃反应0.5-4h后收集釜底液体为液体Ⅱ，将液体Ⅱ喷雾干燥得到丹皮酚；
(3)将反应釜中液体Ⅱ抽干后加水，再加入碱溶液将釜中pH调至9.0-10.0后，旋转料篮1.5-2h，再加入酸溶液，将pH调整至4.0-4.5后，停止旋转，静置沉淀1h以上进行固液分离，分离得到的酸液回收，固体Ⅰ经烘干得到牡丹籽黑色素。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述水的质量与功能物质混合物的质量比为(3-7)：1；所述料篮的旋转速度为10-15rpm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)至步骤(3)中，所述喷雾干燥的条件为：进风温度160-180℃，进料转速600-800rpm，喷枪压力0.17-0.25MPa。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)至步骤(3)中，所述料篮为六面立方体结构，顶面和侧面包括网状结构；所述网状结构的孔径为60-100目。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)至步骤(3)中，所述反应釜上设有人孔、纯化水口、蒸气出口、酸水口、碱水口、排料口；所述反应釜内还设有pH测试装置、温度测试装置和料篮；所述反应釜内料篮放置于可升降底座上并通过传动杆与电机相连；所述反应釜与加热装置相连。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述水的质量与功能物质混合物的质量比为(5-9)：1；所述料篮的旋转速度为12-25rpm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，继续加热至100℃反应1-2h后收集釜底液体为液体Ⅱ。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述水的质量与功能物质混合物的质量比为(3-4)：1；所述料篮的旋转速度为10-15rpm。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢铵、氨水中的至少一种；所述酸包括盐酸、硝酸、硫酸、醋酸、磷酸中的至少一种。
10.如权利要求1～9任一项所述方法在各类牡丹籽黑色素、丹皮酚、芍药苷产品生产加工中的应用。
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