CN114875104B - 一种桑叶酵素原液及其制备方法和应用 - Google Patents

一种桑叶酵素原液及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于微生物技术领域,具体涉及一种桑叶酵素原液及其制备方法和应用。包括以下步骤:S1:将新鲜桑叶切碎,并与PDA液体培养基、蜂蜜按照一定的质量比混合,得桑叶培养基;S2:向步骤S1所得的桑叶培养基中接入桑黄菌菌种进行初步发酵,得初步发酵液;S3:向步骤S2所得的初步发酵液中接入乳酸菌和丁酸梭菌菌种进行二次发酵,得二次发酵液,发酵液过滤后得到富含γ-氨基丁酸、维生素B1的桑叶酵素原液。本发明所提供的制备方法不仅保证了γ‑氨基丁酸含量,还提高了维生素B1含量,且工艺简单,生产成本低。

Description

一种桑叶酵素原液及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于微生物技术领域,具体涉及一种桑叶酵素原液及其制备方法和应用。
背景技术
桑叶,是蚕的主要食物,又名家桑、荆桑、桑椹树、黄桑叶等,我国各地均广泛种植桑树,桑叶产量较高。桑叶富含黄酮类、生物碱、植物甾醇、γ-氨基丁酸、多糖等多种成分。初霜后采收的桑叶,除去杂质,晒干即得药用桑叶,可作为一种发散风热药,既可内服,也可外敷。现代中、西医把桑叶和桑叶生物制剂作为改善糖尿病及其他各种疑难杂症的药物而使用,认为其药效极为广泛。其具有清肺润燥、止咳、去热、化痰、治盗汗;补肝、清肝明目、治疗头晕眼花、失眠、消除眼部疲劳;消肿、清血治疗痢疾、腹痛、减肥、除脚气;抗应激、凉血、降血压、降血脂、预防心肌梗塞、脑溢血、祛头痛;降血糖等功效。
为了更好的开发桑叶的营养价值,现有技术中记载了很多桑叶营养物质的提取方法,其中利用微生物发酵来生产γ-氨基丁酸是一种高效的方法。目前已公开了多种用于发酵生产γ-氨基丁酸的细菌。例如CN 106479932 A即公开了一种产γ-氨基丁酸的戊糖乳杆菌。另外,还公开了多种用于发酵生产γ-氨基丁酸的短乳杆菌。但该菌株利用糙米粉作为培养基,虽然降低了成本,但是其产量仍达不到高产的要求。
如中国专利CN 105285625 B公开了一种富含GABA的桑叶酵素原液及其制备方法和应用,制备步骤为:将桑叶完全浸没到水中;然后放入谷氨酸溶液浸泡处理;再超声波条件下处理后经微波处理,取出桑叶切细、萎凋、揉捻,置于烘箱里烘干,用粉碎机将所得的烘干桑叶粉碎备用;将粉碎的桑叶与PDA液体培养基混合;向所得混合培养基中接入灵芝菌或桑黄菌菌种进行初步发酵;加入蔗糖、果蔬,接入酵母菌进行二次发酵;再接入红茶菌进行综合发酵,发酵液过滤后得到富含GABA的桑叶酵素原液。该发明虽提高了GABA的含量,但其发酵产物中合成维生素B1的含量偏低。
综上所述,目前仍缺乏有效开发桑叶中γ-氨基丁酸和维生素B1等营养物质的技术。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题,本发明的目的在于提供一种桑叶酵素原液及其制备方法和应用。本发明所提供的桑叶酵素原液及其制备方法,不仅能提高γ-氨基丁酸的含量,还保证了所得酵素饮料中富含维生素B1,且制备工艺简单,绿色环保。
本发明的技术方案是:
一种桑叶酵素原液的制备方法,其制备步骤为:
S1:将新鲜桑叶切碎,并与PDA液体培养基、蜂蜜混合,得桑叶培养基;
S2:向步骤S1所得的桑叶培养基中接入桑黄菌菌种进行初步发酵,得初步发酵液;
S3:向步骤S2所得的初步发酵液中接入乳酸菌和丁酸梭菌菌种进行二次发酵,得二次发酵液,发酵液过滤后得到富含γ-氨基丁酸、维生素B1的桑叶酵素原液。
进一步地,所述丁酸梭菌菌种需先进行复壮培养后再接入初步发酵液中,所述丁酸梭菌菌种复壮培养采用的培养基包括以下组分组成:葡萄糖7.0~14.0g,蛋白胨7.0~14.0g,磷酸氢二钾0.30~0.65g,七水合硫酸镁0.25~0.55g,硫酸锰0.05~0.2g,生育酚棕榈酸酯2.0~4.0g、短梗霉多糖0.5~1.5g和谷胱甘肽2.0~5.0g,无菌水850~950g,调节pH值为6.0~7.0,115℃,灭菌30min,即得。
更进一步地,所述丁酸梭菌菌种复壮培养采用的培养基包括以下组分组成:葡萄糖11.0g,蛋白胨12.0g,磷酸氢二钾0.42g,七水合硫酸镁0.35g,硫酸锰0.15g,短梗霉多糖1.2g,生育酚棕榈酸酯3.0g和谷胱甘肽3.5g,无菌水900g,调节pH值为6.0,115℃,灭菌30min,即得。
进一步地,所述新鲜桑叶、PDA液体培养基和蜂蜜按照1:65-80:1-1.5的质量比混合,得桑叶培养基。
进一步地,所述桑黄菌菌种的用量为桑叶培养基的2.5-4.5 wt%;优选的,所述桑黄菌菌种的用量为桑叶培养基的3.0 wt%。
进一步地,所述乳酸菌和丁酸梭菌菌种的总用量为初步发酵液的5.0-6.5 wt%,所述乳酸菌和丁酸梭菌菌种重量比为1:1;优选的,所述乳酸菌和丁酸梭菌菌种的总用量为初步发酵液的6.0 wt%。
进一步地,所述桑黄菌菌种先进行复壮培养后再接入桑叶培养基中,所述桑黄菌菌种复壮培养采用的培养基包括以下组分组成:桑叶粉、海带粉、KH2PO4、MgSO4、无菌水的质量比为38.9:12:0.35:0.20:48.55,调节pH值为8.0。
本发明还提供一种上述制备方法制得的桑叶酵素原液。
此外,本发明还提供一种桑叶酵素原液及其在补充维生素B1和γ-氨基丁酸产品中的应用。
本发明先对桑黄菌进行培养,并在其培养基中添加一定量的桑叶粉、海带粉显著增强了桑黄菌发酵过程中的木质素过氧化物酶(LiP)的活性,进而有效促进了桑叶细胞壁的分解;而为改善细胞壁和细胞膜对底物的传质阻力,本发明在丁酸梭菌的复壮培养基中加入特定比例的生育酚棕榈酸酯、短梗霉多糖和谷胱甘肽可大幅度提高菌细胞细胞壁的通透性和细胞膜的流动性,保证了细胞与环境进行物质交换的过程高效进行,从而有利于丁酸梭菌合成丁酸和维生素B1。此外,丁酸梭菌和乳酸菌在发酵过程中相互促进,最终提高了酵素原液γ-氨基丁酸的含量。
与现有技术相比,本发明提供的桑叶酵素原液及其制备方法和应用,具有以下优势:
本发明采用PDA液体培养基、蜂蜜与新鲜桑叶混合得到桑叶培养基,为微生物生长繁殖和生物合成各种代谢物所需要得营养物质,再接入桑黄菌菌种发酵,有效促进桑叶细胞壁的分解,然后接入乳酸菌和丁酸梭菌菌种共同发酵,提高丁酸和维生素B1含量,本发明提供的桑叶酵素原液富含γ-氨基丁酸和维生素B1等营养成分,其中维生素B1的含量达到1.63-2.18mg/100g,γ-氨基丁酸的含量高达0.029-0.035g/L;而最佳实施例中,维生素B1的含量高达2.18mg/100g,γ-氨基丁酸的含量高达0.035g/L;且本发明提供的桑叶酵素原液制备方法简单,原料易得且绿色环保,适合大规模生产。
本发明在丁酸梭菌的复壮培养基中加入特定比例的生育酚棕榈酸酯、短梗霉多糖和谷胱甘肽,大幅度提高了菌细胞细胞壁的通透性以及细胞膜的流动性,保证了细胞与环境进行物质交换的过程高效进行,从而有利于丁酸梭菌合成丁酸和维生素B1。
本发明通过改进了桑黄菌复壮培养采用的培养基,使得桑黄菌发酵过程中的木质素过氧化物酶(LiP)的活性得以提高,进而促进了桑叶细胞壁的分解。
附图说明
图1为实施例7和对比例1-3组中,桑黄菌发酵过程中酶活性的检测结果图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明,但这并非是对本发明的限制,本领域技术人员根据本发明的基本思想,可以做出各种修改或改进,但是只要不脱离本发明的基本思想,均在本发明的保护范围之内。
本发明所述桑黄菌菌种保存于中国普通微生物菌种保藏管理中心,编号:CGMCC5.95,名称:火木层孔菌;所述丁酸梭菌菌种保存于中国普通微生物菌种保藏管理中心,编号:CGMCC 1.5205,名称:丁酸梭菌;所述乳酸菌保藏于中国工业微生物菌种保藏管理中心,编号:CICC 21790,名称:植物乳杆菌。本发明所用其余试剂均为常用试剂,均可在常规试剂生产销售公司购买。
实施例1 桑黄菌菌种复壮培养
用无菌吸管,吸取1mL无菌水,滴入内管内,待2g干燥菌株粉末溶解后,以无菌吸管吸取并滴入约含有7mL无菌水之试管内,轻微震荡使其均匀后,静置30min;取0.5mL菌体悬浮液于指定的平板培养基上,做划线分离培养,用无菌L型玻棒均匀涂抹,以检验菌种的纯度及活化情形;而剩余的菌体则全部移入指定的液体培养基内(500mL),将接种好的培养基置于28℃的培养箱中静止培养8h,再加入指定的液体培养基500mL,继续复壮培养8h,得到桑黄菌菌种。
所采用的指定的液体培养基包括以下组分组成:桑叶粉、海带粉、KH2PO4、MgSO4、无菌水的质量比为38.9、12.0、0.35、0.20、48.55,再调节pH值为8.0,调节pH值采用本领域常规方式,可添加磷酸氢二钾调节。
实施例2 丁酸梭菌菌种复壮培养
(1)制备丁酸梭菌菌悬液:吸取丁酸梭菌菌液,接种于RCM培养基中厌氧培养10h,然后2000转离心2min,去除上层培养液保留沉淀,加入无菌生理盐水清洗沉淀,离心2min,重复清洗3次后,加入无菌生理盐水,与沉淀混匀,制成丁酸梭菌菌悬液;
(2)第一次扩培:将步骤(1)得到的丁酸梭菌菌悬液,以0.6%(v/v)的接种量接种于培养基中,进行密封厌氧培养10h,调节至pH值至6.0时,得到一级种子培养液;
(3)第二次扩培:将步骤(2)得到的一级种子培养液,以0.6%(v/v)的接种量接种于培养基中,进行密封厌氧培养10h,调节至pH值至6.0时,得到二级种子培养液;
步骤(2)和步骤(3)采用的培养基均包括以下组分组成:葡萄糖7.0g,蛋白胨7.0g,磷酸氢二钾0.30g,七水合硫酸镁0.25g,硫酸锰0.05g,生育酚棕榈酸酯2.0g、短梗霉多糖0.5g和谷胱甘肽2.0g,850g无菌水,再调节pH值为6.0,调节pH值采用本领域常规方式,可添加磷酸二氢钾调节,115℃,灭菌30min,即得丁酸梭菌菌种。
实施例3 丁酸梭菌菌种复壮培养
所述实施例3的制备方法与实施例2类似。
与实施例2的区别在于,所述丁酸梭菌菌种,其培养基由以下组分组成:葡萄糖14.0g,蛋白胨14.0g,磷酸氢二钾0.65g,七水合硫酸镁0.55g,硫酸锰0.2g,生育酚棕榈酸酯4.0g、短梗霉多糖1.5g和谷胱甘肽5.0g,950g无菌水,再调节pH值为6.0,调节pH值采用本领域常规方式,可添加磷酸二氢钾调节,115℃,灭菌30min,即得丁酸梭菌菌种。
实施例4 丁酸梭菌菌种复壮培养
所述实施例3的制备方法与实施例2类似。
与实施例2的区别在于,所述丁酸梭菌菌种,其培养基由以下组分组成:葡萄糖11.0g,蛋白胨12.0g,磷酸氢二钾0.42g,七水合硫酸镁0.35g,硫酸锰0.15g,短梗霉多糖1.2g,生育酚棕榈酸酯3.0g和谷胱甘肽3.5g,900g无菌水,再调节pH值为6.0,调节pH值采用本领域常规方式,可添加磷酸二氢钾调节,115℃,灭菌30min,即得丁酸梭菌菌种。
实施例5 一种桑叶酵素原液的制备方法
一种桑叶酵素原液的制备方法,其制备步骤为:
S1:将新鲜桑叶切碎,并与PDA液体培养基、蜂蜜按照1:65:1的质量比混合,得桑叶培养基;
S2:向步骤S1所得的桑叶培养基中接入实施例1得到的桑黄菌菌种进行初步发酵,温度28℃、转速300转/min,发酵18天,得初步发酵液;其用量为桑叶培养基的2.5wt%;
S3:向步骤S2所得的初步发酵液中接入乳酸菌和丁酸梭菌菌种(为实施例2所得)进行二次发酵,pH为6.0、温度35℃、转速200转/min,厌氧发酵30天,得二次发酵液,发酵液过滤后得到富含γ-氨基丁酸、维生素B1的桑叶酵素原液;所述乳酸菌和丁酸梭菌菌种的总用量为初步发酵液的5.0 wt%,乳酸菌和丁酸梭菌菌种重量比为1:1。
实施例6 一种桑叶酵素原液的制备方法
一种桑叶酵素原液的制备方法,其制备步骤为:
S1:将新鲜桑叶切碎,并与PDA液体培养基、蜂蜜按照1:70:1.5的质量比混合,得桑叶培养基;
S2:向步骤S1所得的桑叶培养基中接入桑黄菌菌种进行初步发酵,温度28℃、转速300转/min,发酵18天,得初步发酵液;所述桑黄菌菌种为实施例1所得,其用量为桑叶培养基的3.0 wt%;
S3:向步骤S2所得的初步发酵液中接入乳酸菌和丁酸梭菌菌种(为实施例3所得)进行二次发酵,pH为6.0、温度35℃、转速200转/min,厌氧发酵30天,得二次发酵液,发酵液过滤后得到富含γ-氨基丁酸、维生素B1的桑叶酵素原液;所述乳酸菌和丁酸梭菌菌种的总用量为初步发酵液的6.0 wt%,乳酸菌和丁酸梭菌菌种的重量比为1:1。
实施例7 一种桑叶酵素原液的制备方法
一种桑叶酵素原液的制备方法,其制备步骤为:
S1:将新鲜桑叶切碎,并与PDA液体培养基、蜂蜜按照1:80:1.5的质量比混合,得桑叶培养基;
S2:向步骤S1所得的桑叶培养基中接入实施例1得到的桑黄菌菌种进行初步发酵,温度28℃、转速300转/min,发酵18天,得初步发酵液;其用量为桑叶培养基的4.5 wt%;
S3:向步骤S2所得的初步发酵液中接入乳酸菌和丁酸梭菌菌种(为实施例4所得)进行二次发酵,pH为6.0、温度35℃、转速200转/min,厌氧发酵30天,得二次发酵液,发酵液过滤后得到富含γ-氨基丁酸、维生素B1的桑叶酵素原液;所述乳酸菌和丁酸梭菌菌种的总用量为初步发酵液的6.5 wt%,乳酸菌和丁酸梭菌菌种的重量比为1:1。
对比例1 一种桑叶酵素原液的制备方法
所述对比例1的制备方法与实施例7类似。
与实施例7的区别在于,将桑黄菌菌种复壮培养基中的桑叶粉替换为葡萄糖。
对比例2 一种桑叶酵素原液的制备方法
所述对比例2的制备方法与实施例7类似。
与实施例7的区别在于,将桑黄菌菌种复壮培养基中的海带粉替换为蛋白胨。
对比例3 一种桑叶酵素原液的制备方法
所述对比例3的制备方法与实施例7类似。
与实施例7的区别在于,将桑黄菌菌种复壮培养基中的桑叶粉替换为葡萄糖,海带粉替换为蛋白胨。
对比例4 一种桑叶酵素原液的制备方法
所述对比例4的制备方法与实施例7类似。
与实施例7的区别在于,丁酸梭菌菌种复壮培养基中采用分子量低于5000的壳寡糖替换短梗霉多糖。
对比例5 一种桑叶酵素原液的制备方法
所述对比例5的制备方法与实施例7类似。
与实施例7的区别在于,丁酸梭菌菌种复壮培养基中采用维生素B1替换生育酚棕榈酸酯。
对比例6 一种桑叶酵素原液的制备方法
所述对比例6的制备方法与实施例7类似。
与实施例7的区别在于,丁酸梭菌菌种复壮培养基中采用L-苏氨酸替换谷胱甘肽。
试验例一、桑黄菌发酵过程中酶活性的检测
1、试验对象:实施例7和对比例1-3所得的发酵液。
2、试验方法:
木质素过氧化物酶:取1.2mmo/L的亚甲基蓝(MB)0.1mL、0.5mo/L的酒石酸钠缓冲液(pH为4.0)0.6mL、酶液2.2mL混匀,加2.7mmol/L的H2O2 0.1mL混匀启动反应。基本原理是在LP的催化下,MB发生脱甲基反应,转化为天青,在664nm处测定A值的减少。启动反应后每分钟纪录1次A值,连续纪录6min,作A值随时间变化的曲线,用曲线最初部分的斜率求酶活力,1个酶活力单位(U)是指在上述条件下,每分钟催化1 mmoL MB氧化所需的酶量。
3、试验结果
试验结果如图1所示。
由图1可知:实施例7所得的发酵液中,木质素过氧化物酶的活性在发酵期间均维持较高的水平,有利于促进桑叶细胞壁的分解,提升发酵速率,而对比例1-3的木质素过氧化物酶的活性均低于实施例7;对比例3在其发酵过程中木质素过氧化物酶的活性在第8天达到峰值以后便开始快速下降。
试验例二、维生素B1含量的检测
1、试验对象:实施例5-7和对比例4-6所得桑叶酵素原液。
2、试验方法:按照GB 5009.84—2016《食品安全国家标准食品中维生素B1的测定》中高效液相色谱法对维生素B1含量进行检测。
3、试验结果
试验结果如表1所示。
表1 维生素B1的含量
组别 维生素B1的含量(mg/100g)
实施例5 1.63
实施例6 2.06
实施例7 2.18
对比例4 0.87
对比例5 0.90
对比例6 0.84
由表1可知:与实施例7的区别在于,对比例4的复壮培养基中采用分子量低于5000的壳寡糖替换短梗霉多糖,对比例5采用维生素B1替换生育酚棕榈酸酯,而对比例6采用L-苏氨酸替换谷胱甘肽,结果均对维生素B1的含量产生影响,即所得的维生素B1的含量均显著低于实施例组,这说明短梗霉多糖、生育酚棕榈酸酯和谷胱甘肽具有良好的协同作用,提高了菌细胞细胞壁的通透性以及细胞膜的流动性,保证了细胞与环境进行物质交换的过程高效进行,从而有利于丁酸梭菌合成维生素B1。
试验例三、γ-氨基丁酸含量的检测
1、试验对象:实施例5-7和对比例3-6所得桑叶酵素原液。
2、试验方法:高效液相色谱法测定γ一氨基丁酸
(1)样品预处理:用50g/L的三氯乙酸稀释桑叶酵素原液上清液至适当浓度,以0.45μm的滤膜过滤待测。
(2)样品衍生:吸取400μL硼酸缓冲液,80μL样品溶液和OPA衍生试剂160μL,混合后室温反应2min。
(3)绘制标准曲线:将1g/L GABA标样依次稀释至0.8g/L、0.6g/L、0.4g/L、0.2g/L、0.1g/L,衍生后分别吸取20μL进样。
HPLC条件为:流动相V(pH=7.5,0.02moL/L醋酸钠缓冲液):V(乙腈)=3:1,色谱柱为SunFireTMC18柱(4.6mm×250mm,5μm),检测器为紫外检测器,检测波长为338nm,流速为0.8mL/min,洗脱时间10min,进样量20μL。
3、试验结果:
试验结果如表2所示。
表2 γ-氨基丁酸的含量
组别 γ-氨基丁酸的含量(g/L)
实施例5 0.029
实施例6 0.031
实施例7 0.035
对比例3 0.025
对比例4 0.020
对比例5 0.019
对比例6 0.021
由表2可知:实施例组所得的γ-氨基丁酸的含量明显高于对比例3-6组。
对比例3在其发酵过程中木质素过氧化物酶的活性达到峰值后便开始快速下降,使得酵素原液中γ-氨基丁酸的含量也受到了影响;对比例4、5和对比例6组所得桑叶酵素原液中γ-氨基丁酸的含量同样较实施例7组明显减少。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种桑叶酵素原液的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:将新鲜桑叶切碎,并与PDA液体培养基、蜂蜜混合,得桑叶培养基;
S2:向步骤S1所得的桑叶培养基中接入桑黄菌菌种进行初步发酵,得初步发酵液;所述桑黄菌菌种的用量为桑叶培养基的2.5-4.5wt%;
S3:向步骤S2所得的初步发酵液中接入乳酸菌和丁酸梭菌菌种进行二次发酵,得二次发酵液;发酵液过滤后得到富含γ-氨基丁酸、维生素B1的桑叶酵素原液;所述乳酸菌和丁酸梭菌菌种的总用量为初步发酵液的5.0-6.5wt%,所述乳酸菌和丁酸梭菌菌种重量比为1:1;
所述桑黄菌菌种先进行复壮培养后再接入桑叶培养基中,所述桑黄菌菌种复壮培养采用的培养基包括以下组分组成:桑叶粉、海带粉、KH2PO4、MgSO4、无菌水的质量比为38.9:12:0.35:0.20:48.55,调节pH值为8.0;
所述丁酸梭菌菌种先进行复壮培养后再接入初步发酵液中,所述丁酸梭菌菌种复壮培养采用的培养基包括以下组分组成:葡萄糖7.0~14.0g,蛋白胨7.0~14.0g,磷酸氢二钾0.30~0.65g,七水合硫酸镁0.25~0.55g,硫酸锰0.05~0.2g,生育酚棕榈酸酯2.0~4.0g、短梗霉多糖0.5~1.5g和谷胱甘肽2.0~5.0g,无菌水850~950g,调节pH值为6.0~7.0,115℃,灭菌30min,即得;
所述桑黄菌菌种保存于中国普通微生物菌种保藏管理中心,编号:CGMCC 5.95;
所述丁酸梭菌菌种保存于中国普通微生物菌种保藏管理中心,编号:CGMCC 1.5205;
所述乳酸菌保藏于中国工业微生物菌种保藏管理中心,编号:CICC 21790。
2.如权利要求1所述的桑叶酵素原液制备方法,其特征在于,所述乳酸菌和丁酸梭菌菌种的总用量为初步发酵液的6.0wt%。
3.如权利要求1所述的桑叶酵素原液制备方法,其特征在于,所述丁酸梭菌菌种复壮培养采用的培养基包括以下组分组成:葡萄糖11.0g,蛋白胨12.0g,磷酸氢二钾0.42g,七水合硫酸镁0.35g,硫酸锰0.15g,短梗霉多糖1.2g,生育酚棕榈酸酯3.0g和谷胱甘肽3.5g,无菌水900g,调节pH值为6.0,115℃,灭菌30min,即得。
4.如权利要求1所述的桑叶酵素原液制备方法,其特征在于,所述新鲜桑叶、PDA液体培养基和蜂蜜按照1:65-80:1-1.5的质量比混合,得桑叶培养基。
5.一种如权利要求1所述的桑叶酵素原液制备方法得到的桑叶酵素原液在补充维生素B1和γ-氨基丁酸产品中的应用。
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