CN115176867A - 一种茶渣固态发酵饲料及其制备方法、用途 - Google Patents
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Abstract
本发明属于茶叶加工技术领域,具体公开一种茶渣固态发酵饲料及其制备方法、用途。该茶渣固态发酵饲料的制备方法包括以下步骤:以茶渣培养基质量计,向茶渣培养基中接种有效活菌数至少为106cfu/g的混合菌株,在28℃~34℃下发酵1~7天,收集发酵产物,即得;茶渣培养基是将茶渣与谷物按照质量比1.2~1.5∶1混合得到,茶渣培养基的含水量为47%~77%;混合菌株为酿酒酵母、地衣芽孢杆菌、植物乳杆菌、产朊假丝酵母、枯草芽孢杆菌、发酵乳杆菌、魏斯氏菌、苏云金杆菌、副地衣芽孢杆菌中的至少两种。本发明提供的制备方法可以提高发酵饲料中的营养物质含量,并更利于反刍动物消化。
Description
技术领域
本发明属于茶叶加工技术领域,具体公开一种茶渣固态发酵饲料及其制备方法、用途。
背景技术
茶叶营养价值丰富,含有蛋白质、氨基酸、脂质、纤维、糖、维生素、矿物质、单宁和皂甙等,具有良好应用前景。但目前茶叶加工行业因其设备条件和加工工艺不够成熟等因素限制,致使其利用率较低。研究表明茶叶深加工和速溶茶提取后会产生约70%(茶叶干物质)的茶渣,被当作工业废料抛弃,造成资源浪费及环境污染。茶渣作为茶叶加工副产物,其仍含有许多营养成分,如粗蛋白质,粗纤维,多糖,茶皂素,维生素及矿物质等。研究表明茶渣中含有16.3%~35.65%的粗蛋白质,1~7.4%的粗脂肪,16%~18%的粗纤维,8%~9%的矿物质,1%~2%的茶多酚、0.1%~0.3%的茶氨酸以及1.5%~2.0%的赖氨酸等。
我国作为茶叶消费量最大的国家,每年茶叶加工和消费过程中可产生超过500万吨茶废弃物(包括茶渣)。值得注意的是,这些大部分却被当作工业废料抛弃或焚烧,不仅造成资源浪费,还加剧环境污染,因此需要积极探索合适的利用策略。现如今,已进行以茶渣为原料的科学研究具体可以概括为以下几个方面:(1)茶渣中存有各种营养物质及活性成分,可显著提高土壤肥力,改善土壤的生态特性,具有作为有机肥料的巨大潜力;(2)将茶渣和污泥混合,经过压滤、烘干和挤压,制备成生物颗粒质燃料;或以茶渣为原料制备生物油或通过微生物发酵制备沼气(3)茶渣富含粗纤维,结构疏松多孔,有较大的表面积和丰富的表面官能团,具有较强的吸附和减少营养流失的能力,可开发作为一种低本高效的有机吸附剂,应用于环保领域中;(4)提取茶渣中的有效成分,提高茶渣的综合利用率及经济附加值;(5)将茶渣直接作为饲料成分或功能性添加剂添加到动物饲料中,对动物生产具有积极作用。
固态发酵是一种操作简单、成本低、绿色环保、易于规模化的工艺。微生物本身含有各种营养物质,且分泌各种酶(蛋白酶、纤维素酶、脂肪酶、淀粉酶等)与未知生长因子可以改善风味,提高营养价值及养分利用率。若茶渣经微生物固态发酵不仅有望延长保存期,提高营养价值,解决茶渣资源浪费问题,还可以缓解畜禽蛋白饲料紧缺的情况,降低饲料成本。现有研究虽提高了茶渣的营养价值,降解部分抗营养因子,但并没有解决新鲜茶渣水分高难储存、含有抗营养因子、适口性差的问题。目前有关延长茶渣保存期的研究主要是通过乳酸菌青贮,采用乳酸菌青贮虽延长了保存期,但往往生产周期较长,且单独乳酸菌类微生物功能较为单一,无法很好地均衡营养。因此,提供一种新的茶渣固态发酵方法是十分必要的。
发明内容
鉴于以上技术问题,本发明提供以下技术方案:
本发明提供一种茶渣固态发酵饲料的制备方法,包括以下步骤:
以茶渣培养基质量计,向茶渣培养基中接种有效活菌数至少为106cfu/g的混合菌株,在28℃~34℃下发酵1~7天,收集发酵产物,即得;
其中,所述茶渣培养基是将茶渣与谷物按照质量比1.2~1.5∶1混合得到,所述茶渣培养基的含水量为47%~77%;
所述混合菌株为酿酒酵母、地衣芽孢杆菌、植物乳杆菌、产朊假丝酵母、枯草芽孢杆菌、发酵乳杆菌、魏斯氏菌、苏云金杆菌、副地衣芽孢杆菌中的至少两种。
优选地,向所述茶渣培养基中接种有效活菌数为5×107cfu/g的混合菌株。
优选地,所述混合菌株为酿酒酵母、地衣芽孢杆菌或酵母菌中的一种与植物乳杆菌的等比例混合物。
优选地,所述茶渣培养基是将茶渣与谷物按照质量比1.4∶1混合得到。
优选地,所述茶渣培养基的含水量为57%。
优选地,所述谷物为麸皮、玉米皮、豆粕、高粱、菜籽粕、米糠中的至少一种。
优选地,所述茶渣为新鲜红茶渣。
优选地,所述发酵是在34℃下发酵5天。
本发明还提供一种根据上述方法获得的茶渣固态发酵饲料。
本发明还提供了所述茶渣固态发酵饲料在提高瘤胃降解率中的用途。
对比现有技术,本发明的有益效果为:
1、本发明以茶渣作为发酵原料制备饲料,解决了新鲜茶渣水分高难储存、含有抗营养因子、适口性差的问题,提高了茶渣的有效利用率。
2、本发明提供的制备方法,可以使发酵得到的固态饲料的pH保持在4以下,在不添加任何防腐剂的情况下,发酵茶渣在室温下至少能够存放3个月,且发酵周期相较于乳酸菌青贮的方式大大缩短。
3、本发明提供的制备方法制得的固态饲料可以有效提高瘤胃降解率,并更有利于反刍动物消化吸收。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述,但是本领域技术人员将会理解,下列实施例仅用于说明本发明,而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规产品。
本发明所用培养基及其组成如下:
LB液体培养基:蛋白胨10g、酵母粉5g、氯化钠10g,定容至1L,调节pH至7.4,121℃灭菌20min。
MRS液体培养基:蛋白胨10g、葡萄糖20g、牛肉膏8g、乙酸钠5g、酵母膏4g、柠檬酸铵2g、MgSO4·7H2O 0.5g、MnSO4·4H2O 0.3g、吐温-801.0mL,蒸馏水定容至1L,调pH至6.2-6.6,121℃灭菌20min。
YPD液体培养基:酵母提取物10g、蛋白陈20g、葡萄糖20g,定容至1L,121℃灭菌20min。
牛奶培养基:脱脂奶粉20g、葡萄糖20g,定容至1L,调整pH为7,121℃灭菌20min。
羧甲基纤维素钠培养基:蛋白胨10g、酵母膏10g、羧甲基纤维素钠10g、NaCl 10g、KH2PO41 g、MgSO4·7H2O 0.2g,定容至1L,调整pH为7,121℃灭菌20min。后用0.5%刚果红染色,1mol/L的NaCl润洗。
固体培养基:向以上液体培养基中加入1.5%~2.0%的琼脂粉,即可得到相应固体培养基。
本发明所用部分菌株种类及来源如表1所示。
表1菌种类及来源
实施例1
本发明所用地衣芽孢杆菌、发酵乳杆菌、魏斯氏菌、苏云金杆菌、副地衣芽孢杆菌的筛选分离
具体是按照以下步骤进行:
(1)样品制备:称取10g新鲜红茶渣入40mL无菌水中,混合于装有玻璃珠的150mL锥形瓶内,30℃震荡培养48h,4层纱布过滤备用。
(2)菌株分离纯化:取滤液按104、105、106稀释,分别涂布于LB、MRS及YPD固体培养基上,30℃恒温培养48h,观察菌株形态,挑取不同菌株的单菌落分别划线于相应培养基纯化培养,一般需要划线纯化2~3次。
(3)产蛋白酶菌株的筛选:无菌环境下,挑取上步纯化后的单菌落,点接种于牛奶培养基,30℃恒温培养24h,观察其菌落周围是否产生透明圈,有透明圈则表明该菌可以产生蛋白酶,反之则无。记录菌落直径(d)及透明圈直径(D),计算其比值(D/d)。
(4)产纤维素酶的菌株筛选:同样保证在无菌环境下,挑取上步纯化后的单菌落,点接种于羧甲基纤维素钠培养基,30℃恒温培养至出现明显菌落,滴加0.5%刚果红染色液染色处理30min后,用1mol/L的NaCl复染30min,后冲洗干净,观察是否有透明圈。有透明圈则表明该菌可以产生纤维素酶,反之则无。记录菌落直径(d)及透明圈直径(D),计算其比值(D/d)。
(5)复筛:称取新鲜茶渣59g、麸皮41g,混合,按照5×106cfu/g分别添加上述所培养的菌液,充分搅拌均匀,装入带有单向呼吸阀,规格为18×25cm发酵袋中,30℃分别培养1d、2d、3d,并称重记录损耗。发酵结束后放入鼓风干燥箱,45℃烘干粉碎,按照GB/T 28715-2012方法测定蛋白酶活力,按照NY/T 912-2020方法测定纤维素酶活力。
(6)16S rDNA鉴定
①细菌基因组DNA提取:采用细菌基因组DNA快速抽提试剂盒提取各细菌基因组DNA。取1mL过夜培养的细菌菌液,加入1.5mL离心管中,室温8000rpm离心1min,弃上清,收集菌体。加入180μL溶菌酶溶液重悬菌液,37℃水浴30~60min,再加入400μLBufferDigestion,震荡混匀,65℃水浴1h至细胞完全裂解。加入200μLBufferPB,充分颠倒混匀,-20℃冰箱放置5min,室温10000rpm离心5min,将上清液(500~550μL)转移到新的1.5mL离心管中。加入等体积的异丙醇,颠倒5~8次使之充分混匀,室温放置2~3min,室温10000rpm离心5min,弃上清。加入1mL 75%乙醇,颠倒漂洗1~3min,10000rpm离心2min,弃上清,重复漂洗两次。开盖室温倒置5~10min至残留的乙醇完全挥发,得到的DNA用50~100μLTE Buffer溶解待用。
②PCR扩增:以提取的基因组DNA为模板,细菌16S rDNA通用引物27F(5′-AGAGTTTGATC(C/A)TGGCTCAG-3′)和1492R(5′-GGTTACCTTGTTACGACTTC-3′),利用PCR技术扩增16S rDNA序列。其PCR反应体系及反应条件分别见下表2、3。
表2 PCR反应体系
成分 | 体积 |
Template | 2μL |
Forward Primer | 1μL |
Reverse Primer | 1μL |
Mix | 25μL |
ddH2O | 21μL |
Total | 50μL |
表3 PCR反应条件
反应条件 | 参数 |
预变性 | 94℃,3min |
变性 | 94℃,30s |
退火 | 53℃,30s |
延伸 | 72℃,1min |
循环 | 30次 |
延伸 | 72℃,5min |
③测序:首先用琼脂糖凝胶电泳检测PCR产物,查看是否扩增成功,后将扩增成功的PCR产物送至上海生工测序。
⑤序列比对分析:利用NCBI网站的BLAST进行序列比对分析。
共从新鲜红茶渣中分离出5株既可产蛋白酶又可产纤维素酶的菌株,其中从LB培养基分离出2株(L2和L5),MRS培养基分离出2株(M3和M8),YPD培养基分离出1株(Y6)。经鉴定,M3与菌株Lactobacillus fermentum strain IMAU70156相似,同源性达99.86%;M8与Weissella solistrain NS26相似,同源性达99.93%;而L2、L5和Y6分别与菌株Bacillusthuringiensis strain 1019、Bacillus paralicheniformis strain GT106和Bacillusparalicheniformis strain SMR6较为相似,同源性均为100%。因此,M3、M8、L2、L5和Y6分别为发酵乳杆菌、魏斯氏菌、苏云金杆菌、副地衣芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌。各菌株初筛及鉴定结果见表4及5。
表4菌株初选结果
表5菌株鉴定结果
实施例2
一种茶渣固态发酵饲料,是按照以下方法制备得到:
取新鲜茶渣59g、麸皮41g,混合,控制含水量57%,向混合物中接种地衣芽孢杆菌及植物乳杆菌,以新鲜茶渣与麸皮的混合物质量计,接种地衣芽孢杆菌及植物乳杆菌的有效活菌数均为106cfu/g,在34℃下发酵5天,收集发酵产物,干燥,即得所述茶渣固态发酵饲料。
实施例3
一种茶渣固态发酵饲料,是按照以下方法制备得到:
取新鲜茶渣59g、麸皮41g,混合,控制含水量49.75%,向混合物中接种酿酒酵母及植物乳杆菌,以新鲜茶渣与麸皮的混合物质量计,接种酿酒酵母及植物乳杆菌的有效活菌数均为2.5×107cfu/g,在28℃下发酵1天,收集发酵产物,干燥,即得所述茶渣固态发酵饲料。
实施例4
一种茶渣固态发酵饲料,是按照以下方法制备得到骤:
取新鲜茶渣59g、麸皮41g,混合,控制含水量49.75%,向混合物中接种产朊假丝酵母、枯草芽孢杆菌及植物乳杆菌,以新鲜茶渣与麸皮的混合物质量计,接种产朊假丝酵母、枯草芽孢杆菌及植物乳杆菌的有效活菌数均为1.25×108cfu/g,在34℃下发酵7天,收集发酵产物,干燥,即得所述茶渣固态发酵饲料。
实施例5
一种茶渣固态发酵饲料,是按照以下方法制备得到骤:
取新鲜茶渣59g、麸皮49g,混合,控制含水量77.23%,向混合物中接种产朊假丝酵母、副地衣芽孢杆菌及魏斯氏菌,以新鲜茶渣与麸皮的混合物质量计,接种产朊假丝酵母、副地衣芽孢杆菌及魏斯氏菌的有效活菌数均为1.25×108cfu/g,在34℃下发酵7天,收集发酵产物,干燥,即得所述茶渣固态发酵饲料。
实施例6
一种茶渣固态发酵饲料,是按照以下方法制备得到骤:
取新鲜茶渣59g、麸皮49g,混合,控制含水量57.14%,向混合物中接种苏云金杆菌、副地衣芽孢杆菌、魏斯氏菌及酿酒酵母,以新鲜茶渣与麸皮的混合物质量计,接种苏云金杆菌、副地衣芽孢杆菌、魏斯氏菌及酿酒酵母的有效活菌数均为1.25×108cfu/g,在34℃下发酵7天,收集发酵产物,干燥,即得所述茶渣固态发酵饲料。
实施例7
一种茶渣固态发酵饲料,是按照以下方法制备得到骤:
取新鲜茶渣59g、麸皮49g,混合,控制含水量57.14%,向混合物中接种枯草芽孢杆菌、魏斯氏菌及植物乳杆菌,以新鲜茶渣与麸皮的混合物质量计,接种枯草芽孢杆菌、魏斯氏菌及植物乳杆菌的有效活菌数均为2.5×107cfu/g,在34℃下发酵7天,收集发酵产物,干燥,即得所述茶渣固态发酵饲料。
实施例8
一种茶渣固态发酵饲料,是按照以下方法制备得到骤:
取新鲜茶渣59g、麸皮39g,混合,控制含水量57.14%,向混合物中接种枯草芽孢杆菌、魏斯氏菌及植物乳杆菌,以新鲜茶渣与麸皮的混合物质量计,接种枯草芽孢杆菌、魏斯氏菌及植物乳杆菌的有效活菌数均为2.5×107cfu/g,在34℃下发酵7天,收集发酵产物,干燥,即得所述茶渣固态发酵饲料。
实验例1
发酵后的茶渣,一部分做成浸提液用于测定pH;一部分经45℃烘干粉碎,用于测定中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、酸溶蛋白(ASP)、纤维素酶活力及蛋白酶活力,以未发酵茶渣作为对照。具体操作步骤如下:
分别称取10g实施例1~8制备的未干燥的发酵产物及未发酵茶渣,加90mL蒸馏水密封,4℃冰箱浸提24h,用pH计测定pH值;
剩下部分放入鼓风干燥箱,45℃烘干粉碎用来测定蛋白酶活力(PA)、纤维素酶活力(CA)、ADF、NDF及ASP含量。其中蛋白酶活力按照GB/T 28715-2012中记载的方法进行测定、纤维素酶活力按照NY/T 912-2020中的方法测定,ADF和NDF按照“Van Soest P J,Robertson J B,Lewis B A.Methods for dietary fiber,neutral detergent fiber,andnonstarch polysaccharides in relation to animal nutrition[J].Journal ofDairyScience,1991,74(10):3583-3597.”中的方法测定,ASP按照NY/T 3801-2020中的方法测定。
各实施例组及对照组提供的样品中各物质的含量检测结果如表6所示。
表6样品中各物质的含量检测
由表6可知,实施例各组相较于对照组,酸溶蛋白含量提高,ADF和NDF含量降低,整体营养价值有所提高;实施例各组pH保持在4左右,具有长期保存的潜力。
实验例2
茶渣固态发酵饲料对瘤胃降解率的影响
营养物质瘤胃降解率可以反映各营养物质在瘤胃不同时间点的降解情况,为研究原料在反刍动物机体的降解特性提供参考。DM降解率可反映反刍动物对饲料的消化利用程度,DM降解率增加有利于增加反刍动物干物质采食量。CP是动物机体主要的营养物质,其降解后的氮源可维持瘤胃微生物正常生长繁殖并合成菌体蛋白,CP降解程度主要取决于饲料自身蛋白含量及其在瘤胃内滞留发酵的时间。饲料纤维物质有利于反刍动物瘤胃正常发酵、稳定瘤胃内环境,故NDF和ADF降解率也是评定饲料营养价值的重要指标。
1、试验原料
未发酵红茶渣(发酵前):新鲜茶渣59g加麸皮41g,控制含水量为57%。
发酵红茶渣(发酵后):实施例2制备得到的茶渣固态发酵饲料(由于实施例1~8制备得到的茶渣固态发酵饲料的品质基本相同,故此处仅选择实施例2为例进行效果说明)。
尼龙袋:10cm×15cm,孔径为48μm,市售。
半软管:长度50cm,直径0.8cm。
2、试验动物与基础饲粮
选用6头装有永久瘤胃瘘管、45月龄,约650kg的健康荷斯坦奶牛。基础日粮由上海星火奶牛二场提供。试验期间,早、晚各喂料1次,自由饮水。
3、试验方法
试验采用尼龙袋试验,遵循每种饲料选用3头牛,每头牛每种饲料每个时间点设2个样本重复的原则,将试验所用尼龙袋进行整理编号,于65℃烘干称重。分别称取发酵前后的红茶渣10g装入尼龙袋中,用皮筋将尼龙袋交叉固定在半软管上,每根半软管固定6个尼龙袋。于早上08:00将尼龙袋放入瘘管牛瘤胃内,分别于2h、4h、8h、16h、24h、30h、36h、48h取出用冷水洗至澄清,于65℃烘至恒重,后回潮称重,设置0h作为对照。将烘干称重后的尼龙袋残留物粉碎过40目筛,测定其干物质(DM)、粗蛋白(CP)、酸性洗涤纤维(ADF)及中性洗涤纤维(NDF)含量,并计算其对应营养物质瘤胃降解率。
4、指标测定与方法
营养成分瘤胃降解率及降解参数计算方法如下:
A=[(B-C)/B]×100%
式中:A为待测料某养分瘤胃降解率(%);B为待测料某养分质量(g);C为残留物中某养分质量(g)。
根据“E R,McDonald I.The estimation of protein degradability inthe rumen from incubation measurements weighted according to rate of passage[J].The Journal ofAgricultural Science,1979,92(2):499-503.”提出的瘤胃动力学数学指数模型测定和计算饲料瘤胃降解参数和有效降解率。
Dp=a+b(1-e-ct)
ED=a+b×c/(k+c)
式中:a为快速降解部分(%);b为慢速降解部分(%);c为b部分降解速率(%/h);Dp为某成分在瘤胃内停留t小时的瘤胃降解率;ED为某成分瘤胃有效降解率(%);k为待测饲料的瘤胃外流速率常数(%/h),k=0.031%/h。
每头牛的常量a,b,c使用SPSS程序的非线性回归模型进行计算。
5、结果
5.1、茶渣发酵前后瘤胃降解率结果
由表7及表8可知,茶渣发酵前后其DM、CP、ADF和NDF瘤胃降解率均随时间延长呈现递增趋势。茶渣发酵后的DM瘤胃降解率各时间点均高于发酵前,且除24h外,其他时间点均具有显著差异(P<0.05);发酵后的CP瘤胃降解率均显著提高(P<0.05);ADF降解率除2h和8h外,其他各时间点发酵后均显著高于发酵前(P<0.05);发酵后NDF瘤胃降解率均高于发酵前,且2h、4h、16h和48h差异显著(P<0.05)。
表7茶渣发酵前后营养成分降解率(%)
注:字母不同表示差异显著。
表8茶渣发酵前后营养成分降解率(%)
注:字母不同表示差异显著。
5.2、茶渣发酵前后瘤胃降解参数及有效降解率结果
由表9可知,相比发酵前,发酵后茶渣快速降解部分有所提高,且DM、CP和NDF达到显著水平(P<0.05);DM、CP、ADF和NDF的潜在可降解部分和有效降解率均显著提高(P<0.05);DM和CP的慢速降解部分显著低于发酵前(P<0.05);ADF和NDF慢速降解部分的降解速率均显著降低(P<0.05)。
表9茶渣发酵前后营养成分瘤胃降解参数和有效降解率
以上结果表明,茶渣发酵前后其DM、CP、ADF和NDF瘤胃降解率均随时间延长呈现递增趋势,且发酵后降解率均高于发酵前,说明茶渣经发酵后其营养物质更有利于反刍动物消化。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,但本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种茶渣固态发酵饲料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
以茶渣培养基质量计,向茶渣培养基中接种有效活菌数至少为106cfu/g的混合菌株,在28℃~34℃下发酵1~7天,收集发酵产物,即得;
其中,所述茶渣培养基是将茶渣与谷物按照质量比1.2~1.5∶1混合得到,所述茶渣培养基的含水量为47%~77%;
所述混合菌株为酿酒酵母、地衣芽孢杆菌、植物乳杆菌、产朊假丝酵母、枯草芽孢杆菌、发酵乳杆菌、魏斯氏菌、苏云金杆菌、副地衣芽孢杆菌中的至少两种。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,向所述茶渣培养基中接种有效活菌数为5×107cfu/g的混合菌株。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述混合菌株为酿酒酵母、地衣芽孢杆菌或酵母菌中的一种与植物乳杆菌的等比例混合物。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述茶渣培养基是将茶渣与谷物按照质量比1.4∶1混合得到。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述茶渣培养基的含水量为57%。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述谷物为麸皮、玉米皮、豆粕、高粱、菜籽粕、米糠中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述茶渣为新鲜红茶渣。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述发酵是在34℃下发酵5天。
9.一种根据权利要求1~8任一项所述的方法获得的茶渣固态发酵饲料。
10.权利要求9所述茶渣固态发酵饲料在提高瘤胃降解率中的用途。
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