FR3052024A3 - TORREFACTION MACHINE OF GRAIN MATERIAL, PARTICULARLY GRAIN COFFEE - Google Patents
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Abstract
Machine de torréfaction (100) d'un matériau en grains, en particulier de café en grains. La machine de torréfaction (100) comprend les dispositifs suivants : f1) un bâti (100A) ; f2) un tambour de torréfaction (40) doté d'un dispositif électrique de chauffage (20) du matériau en grains ; f3) un dispositif de refroidissement (60) du matériau en grains à la sortie du tambour de torréfaction (40) ; et f4) un dispositif de séparation des pellicules (80). Dans la machine de torréfaction (100), le dispositif électrique de chauffage (20) est physiquement distinct du tambour de torréfaction (40) de sorte que l'air chaud produit par le dispositif électrique de chauffage (20) est envoyé au tambour de torréfaction (40) au moyen de tubulures et par le biais d'une soufflante (30).Roasting machine (100) of a granular material, in particular of coffee beans. The roasting machine (100) comprises the following devices: f1) a frame (100A); f2) a roasting drum (40) having an electrical heating device (20) for the granular material; f3) a cooling device (60) of the granular material at the outlet of the roasting drum (40); and f4) a film separator (80). In the roasting machine (100), the electric heater (20) is physically separate from the roasting drum (40) so that the hot air produced by the electric heater (20) is sent to the roasting drum. (40) by means of tubings and by means of a blower (30).
Description
MACHINE DE TORREFACTION D'UN MATERIAU EN GRAINS, EN PARTICULIER DE CAFE EN GRAINSTORREFACTION MACHINE OF GRAIN MATERIAL, PARTICULARLY GRAIN COFFEE
La présente invention concerne une machine de torréfaction d'un matériau en grains.The present invention relates to a machine for roasting a granular material.
En particulier, la présente invention trouve une application avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine de la torréfaction du café, à laquelle la description suivante fera référence explicitement sans pour autant perdre en généralité.In particular, the present invention finds an advantageous, but not exclusive, application in the field of roasting coffee, to which the following description will make explicit reference without losing in generality.
Comme on le sait, la « torréfaction » ou « grillage » est un processus générique de grillage, qui soumet une substance à une température élevée, de façon à la déshydrater, l'oxyder et dans certains cas, la brûler partiellement (selon le degré de torréfaction).As is known, "roasting" or "roasting" is a generic roasting process, which subjects a substance to a high temperature, so as to dehydrate, oxidize and in some cases burn it partially (depending on the degree). roasting).
La torréfaction est un processus très utilisé pour la préparation des grains de café, d'orge, de feuilles de thé ou d'autres plantes.Roasting is a widely used process for the preparation of coffee beans, barley, tea leaves or other plants.
Dans la torréfaction du café, les grains sont soumis à une température de 200-220 °C tout en étant agités.In coffee roasting, the grains are subjected to a temperature of 200-220 ° C while being stirred.
Les procédés de torréfaction sont essentiellement au nombre de deux : 1) « à lit fluide », dans lequel les grains de café cru (café vert) sont heurtés par des jets d'air chaud à une température comprise entre 300 °C et 400 °C pendant quelques minutes, restant en suspension dans la chambre de torréfaction (d'où le nom du processus) ; et 2) « à tambour rotatif », dans lequel on utilise un tambour métallique à l'intérieur duquel on trouve des vis d'Archimède ou des ailettes pour faire tourner, de manière continue, le produit et en uniformiser la torréfaction ; et dans lequel un brûleur à gaz achemine l'air chaud nécessaire au processus, pendant une durée d'environ 15-20 minutes selon le type de café, le degré d'humidité de ce dernier, la capacité de la machine de torréfaction et le goût du torréfacteur.The torrefaction processes are essentially two in number: 1) "fluid bed", wherein the raw coffee beans (green coffee) are struck by jets of hot air at a temperature of between 300 ° C and 400 ° C for a few minutes, remaining suspended in the roasting chamber (hence the name of the process); and 2) "rotating drum", in which a metal drum is used, inside which there are Archimedean screws or fins to continuously rotate the product and to uniformize the roasting thereof; and wherein a gas burner feeds the hot air required for the process, for a period of about 15-20 minutes depending on the type of coffee, the degree of moisture of the coffee, the capacity of the roasting machine and the taste of the roaster.
Alors que dans le premier système, le café est torréfié beaucoup plus à l'extérieur qu'à l'intérieur, comportant des anomalies gustatives et de préparation, le second procédé améliore nettement le rendu aromatique du café, en uniformisant la torréfaction.While in the first system, the coffee is roasted much more outside than inside, with taste and preparation abnormalities, the second method significantly improves the aromatic rendering of coffee, by standardizing roasting.
Normalement, il suffit d'ouvrir un grain en deux, en agissant sur le sillon clair et observer 1'intérieur pour se rendre compte de la qualité ou pas du processus de torréfaction.Normally, it is enough to open a grain in two, acting on the clear furrow and observe the interior to realize the quality or not the roasting process.
Pendant, un tel processus, le grain de café subit quelques transformations telles que la caramélisation des sucres et la carbonisation de la cellulose, processus qui confèrent au grain non seulement sa couleur typique, mais également la formation des composés volatils qui confèrent l'arôme typique au café torréfié.During such a process, the coffee bean undergoes some transformations such as caramelization of sugars and carbonization of cellulose, processes that give the grain not only its typical color, but also the formation of volatile compounds that confer the typical aroma roasted coffee.
On perd simultanément une partie de la caféine principalement à cause des températures élevées.At the same time, some of the caffeine is lost mainly because of high temperatures.
Le grain torréfié augmente son voliame de 30 % environ, alors que son poids diminue puisqu'une majeure partie de l'eau qui le compose, s'évapore. On s'attend à une réduction pondérale en moyenne de 15-20 %.The roasted grain increases its volume by about 30%, while its weight decreases since a major part of the water that composes it, evaporates. An average weight reduction of 15-20% is expected.
Les degrés de torréfaction du café ont été normalisés et en partant du grain non torréfié (vert) « unroasted » (non torréfié), on passe ensuite à « light » (léger), à « cinnamon » (cannelle), à « medium » (moyen), à « high » (fort), à « city », à « full City », à « French » (noir) et à « Italien » (italien).The roasting degrees of the coffee have been normalized and starting from unroasted grain (green) unroasted, then to light, cinnamon, medium (medium), high (high), city, full city, French (black) and Italian (Italian).
Le café torréfié a un goût à tendance légèrement amère, et devient soluble dans l'eau, étant plus friable (on se souvient que le grain cru est inutilisable aux fins d'une extraction avec des arômes constants), plus facilement réductible en poudre et donc adapté à être moulu en poudre, dont la granulométrie est établie en fonction du processus d'extraction du café liquide.The roasted coffee tastes slightly bitter, and becomes soluble in water, being more friable (remember that the raw grain is unusable for extraction with constant aromas), more easily reducible powder and therefore suitable for being ground into powder, whose particle size is established according to the process of extraction of liquid coffee.
La torréfaction est généralement un processus industriel, même si de plus en plus souvent, les petites installations de torréfaction se répandent, éventuellement adoptées par les hôtels, les bars, les restaurants, etc.Roasting is usually an industrial process, although more and more often small roasting facilities are spreading, eventually adopted by hotels, bars, restaurants, etc.
Toutefois, un frein à une diffusion plus poussée des micro-installations de torréfaction est constitué par les inconvénients suivants présents dans les machines de torréfaction actuelles à usage domestique : A) encombrements et poids considérables des machines actuelles ; B) présence d'au moins un brûleur à gaz pour la production d'eau chaude ; ceci comporte la nécessité d'obéir à des normes de sécurité particulières pour éviter les incendies, les explosions, etc. ; C) les dangers concrets de mettre le feu à la masse de café à cause du fait que les pellicules qui se détachent des grains sont inflammables et si pour une quelconque raison, elles arrivent sur la flamme libre du brûleur à gaz, elles peuvent déclencher un processus de combustion très dangereux pour les personnes et pour les appareils qui deviennent inutilisables ; et D) les coûts élevés de production du café torréfié.However, a hindrance to further diffusion micro-roasting facilities is constituted by the following disadvantages present in current roasting machines for domestic use: A) congestion and considerable weight of current machines; B) presence of at least one gas burner for producing hot water; this entails the need to comply with special safety standards to prevent fires, explosions, etc. ; (C) the actual dangers of setting the coffee mass on fire because loose films are flammable and if for whatever reason they come on the open flame of the gas burner, they may trigger a very dangerous combustion process for people and for appliances that become unusable; and D) the high costs of producing roasted coffee.
En outre, on a fait des tentatives manquées d'utiliser, pour la torréfaction, des résistances électriques à l'intérieur du tambour de torréfaction. Le principal danger de ce type d'installation consiste dans le fait que les pellicules, au contact des résistances électriques, peut facilement s'enflammer.In addition, failed attempts have been made to use electrical resistors for torrefaction inside the roasting drum. The main danger of this type of installation consists in the fact that the films, in contact with the electric resistances, can easily ignite.
Le but de la présente invention est donc, de réaliser une machine de torréfaction d'un matériau en grains, qui soit exempte des inconvénients décrits ci-dessus .The object of the present invention is therefore to provide a machine for roasting a granular material which is free from the disadvantages described above.
Par conséquent, selon la présente invention, on réalise une machine de torréfaction d'un matériau en grains, en particulier de café en grains ; la machine de torréfaction comprend les dispositifs suivants : fl) un bâti ; f2) un tambour de torréfaction doté d'un dispositif électrique de chauffage du matériau en grains ; f3) un dispositif de refroidissement du matériau en grains à la sortie du tambour de torréfaction ; et f4) un dispositif de séparation des pellicules des grains de café torréfiés ; une machine de torréfaction dans laquelle le dispositif électrique de chauffage comprend un générateur électrique d'air chaud physiquement distinct dudit tambour de torréfaction, de sorte que l'air chaud produit par le générateur électrique est envoyé au tambour de torréfaction au moyen de tubulures et par le biais d'un dispositif de soufflage.Therefore, according to the present invention, there is provided a roasting machine of a granular material, in particular of coffee beans; the roasting machine comprises the following devices: fl) a frame; f2) a roasting drum provided with an electrical device for heating the granular material; f3) a device for cooling the granular material at the outlet of the roasting drum; and f4) a film separator of the roasted coffee beans; a roasting machine in which the electric heating device comprises an electric hot air generator physically separate from said roasting drum, so that the hot air produced by the electric generator is sent to the roasting drum by means of tubing and by through a blowing device.
Pour une meilleure compréhension de la présente invention, on décrit maintenant un mode de réalisation préféré, simplement à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins joints, dans lesquels :For a better understanding of the present invention, a preferred embodiment will now be described, merely by way of nonlimiting example and with reference to the attached drawings, in which:
La figure 1 illustre une vue d'ensemble tridimensionnelle d'une machine de torréfaction d'un matériau en grains, objet de la présente invention ;Figure 1 illustrates a three-dimensional overview of a roasting machine of a granular material object of the present invention;
La figure 2 représente une vue en éclaté de la machine illustrée sur la figure 1 ;Fig. 2 is an exploded view of the machine shown in Fig. 1;
La figure 3A illustre une vue tridimensionnelle d'un détail de la machine de torréfaction représentée sur les figures 1, 2 ; etFigure 3A illustrates a three-dimensional view of a detail of the roasting machine shown in Figures 1, 2; and
Les figures 3B et 3C représentent, respectivement, une vue en plan et une coupe transversale (section A-A) du détail illustré sur la figure 3A.Figs. 3B and 3C show, respectively, a plan view and a cross section (section A-A) of the detail shown in Fig. 3A.
Sur les figures 1, 2, avec le numéro de référence 100, on indique, dans son ensemble, une machine de torréfaction d'un matériau en grains, en particulier du café en grains, objet de la présente invention.In Figures 1, 2, with reference numeral 100, there is shown, as a whole, a roasting machine of a granular material, in particular coffee beans, object of the present invention.
Il faut noter que pour faciliter la lisibilité des dessins, les tubulures de raccordement ont été omises dans la machine de torréfaction 100 représentée sur les figures 1, 2.It should be noted that to facilitate the readability of the drawings, the connection pipes have been omitted in the roasting machine 100 shown in FIGS. 1, 2.
La machine de torréfaction 100 comprend les dispositifs suivants : fl) un bâti lOOA réalisé avec des éléments métalliques facilement assemblés entre eux ; f2) une trémie de chargement 10 ; f3) un générateur électrique 20 d'air chaud ayant une pluralité de résistances électriques en céramique (non illustrées) ; f4) une soufflante 30 (dotée d'un moteur électrique 30A) qui fait tourner l'air dans la machine de torréfaction 100 elle-même (voir ci-dessous) ; f5) un tambour de torréfaction 40 (à axe horizontal (X) ) comprenant, à son tour, une chemise externe fixe 40A à l'intérieur de laquelle, on trouve un petit panier perforé de torréfaction 40B respectif muni d'un moteur électrique 40C respectif approprié pour faire tourner le petit panier perforé 40B lui-même ; ledit petit panier perforé de torréfaction 40B étant muni d'une pluralité de socs 40D appropriés pour agiter et pour pousser les grains de café en phase de torréfaction ; il faut noter que la chemise externe fixe 4OA est munie d'une ouverture de déchargement frontale 40E (dotée d'une trappe non illustrée) à travers laquelle a lieu, à la demande, le passage du café torréfié dans une trémie de transfert 50 (voir ci-dessous) ; l'ouverture de déchargement frontale 40E est couverte par un carter 41 ; f6) une cuve de refroidissement 60 (à axe vertical (Y)) (dotée d'une goulotte de déchargement 65 vers l'extérieur) du café torréfié munie d'un carrousel 60A comprenant une pluralité de spatules 60B appropriées pour mélanger le café en phase de refroidissement ; la cuve de refroidissement 60 prévoit l'utilisation d'un fond 60C réalisé en maille métallique ; comme représenté sur les figures 3A, 3B, 3C , au-dessous de la maille métallique, on trouve un élément toroïdal (tore) 67 muni de sept trous 68 (communiquant entre eux) à travers lesquels a lieu l'aspiration forcée de l'air de refroidissement, auquel est fixé un ventilateur de refroidissement à aspiration (non illustré) ; f7) un dispositif de séparation des pellicules 80 à cyclone raccordé au moyen d'une tubulure (non illustrée) à la soufflante 30 qui aspire, du tambour de torréfaction 40, l'air chaud mélangé aux pellicules du café ; en d'autres termes, l'air chaud, mélangé aux pellicules du café, entre dans le dispositif de séparation des pellicules 80 par une ouverture 8ÛA (flèche (Fl)) et après la séparation des pellicules dans le cyclone, on fait sortir l'air par une ouverture 80B (flèche (F2)) et on le réintroduit dans le générateur électrique 20 par une ouverture 20A (flèche (F3)) ; il faut noter, sinon, que l'air chaud sortant par une ouverture 20B (flèche (F4)) est amené au petit panier perforé 40B par une ouverture 40F (flèche (F5)) réalisée dans la paroi fermée du fond du petit panier perforé 40B lui-même ; il faut, en outre, noter que les pellicules mélangées à l'air chaud sortent du petit panier perforé 40B par une ouverture 40G (flèche (F6)), pour reprendre le cycle en entrant dans l'ouverture 80A (flèche (Fl)) du dispositif de séparation des pellicules 80 à cyclone, après être passé par la soufflante 30 (flèches (F7) et (F8)) ; en d'autres termes, le parcours de l'air chaud à l'intérieur de la machine de torréfaction 100 est indiqué par la succession des flèches (Fl), (F2), (F3), (F4), (F5) , (F6) , (F7), (F8) ; le dispositif de séparation de pellicules 80 comprend un système de déchargement d'air muni d'un autre filtre pour retenir d'éventuelles scories et des pellicules volatiles ; et f8) un carter de protection 90 d'un tableau électrique et d'une centrale électronique (CC) appropriée pour commander et contrôler les différentes phases de torréfaction et de refroidissement du café et de l'air de traitement.The roasting machine 100 comprises the following devices: fl) a frame 100A made with metal elements easily assembled together; f2) a loading hopper 10; f3) an electric hot air generator 20 having a plurality of ceramic electrical resistors (not shown); f4) a blower 30 (with an electric motor 30A) that turns the air in the roasting machine 100 itself (see below); f5) a roasting drum 40 (with horizontal axis (X)) comprising, in turn, a fixed outer sleeve 40A inside which there is a respective small roasting perforation 40B with a 40C electric motor respective suitable for rotating the small perforated basket 40B itself; said small perforated torrefaction basket 40B being provided with a plurality of coulters 40D suitable for stirring and for pushing the coffee beans in the roasting phase; it should be noted that the outer fixed jacket 4OA is provided with a front discharge opening 40E (with a hatch not shown) through which takes place, on demand, the passage of the roasted coffee in a transfer hopper 50 ( see below) ; the front discharge opening 40E is covered by a housing 41; f6) a cooling tank 60 (vertical axis (Y)) (with discharge chute 65 to the outside) of the roast coffee provided with a carousel 60A comprising a plurality of spatulas 60B suitable for mixing the coffee cooling phase; the cooling tank 60 provides the use of a bottom 60C made of metal mesh; as shown in FIGS. 3A, 3B, 3C, below the metal mesh, there is a toroidal element (torus) 67 provided with seven holes 68 (communicating with each other) through which forced suction of the cooling air, to which is attached a suction cooling fan (not shown); f7) a cyclone film separator 80 connected by means of a tubing (not shown) to the blower 30 which draws, from the roasting drum 40, the hot air mixed with the coffee films; in other words, the hot air, mixed with the coffee films, enters the film separator 80 through an opening 80A (arrow (F1)) and after the separation of the films in the cyclone, the air through an opening 80B (arrow (F2)) and is reintroduced into the electric generator 20 through an opening 20A (arrow (F3)); it should be noted, otherwise, that the hot air issuing through an opening 20B (arrow (F4)) is brought to the small perforated basket 40B by an opening 40F (arrow (F5)) made in the closed wall of the bottom of the small perforated basket 40B himself; it should also be noted that the films mixed with hot air leave the small perforated basket 40B through an opening 40G (arrow (F6)), to resume the cycle by entering the opening 80A (arrow (Fl)) the cyclone film separator 80 after passing through the blower 30 (arrows (F7) and (F8)); in other words, the path of the hot air inside the roasting machine 100 is indicated by the succession of arrows (F1), (F2), (F3), (F4), (F5), (F6), (F7), (F8); the film separating device 80 comprises an air discharge system provided with another filter for retaining any slag and volatile films; and f8) a protective casing 90 of an electrical panel and an electronic control unit (CC) suitable for controlling and controlling the various roasting and cooling phases of the coffee and the treatment air.
Evidemment, la machine de torréfaction 100 est dotée d'un écran (non illustré) et de commandes électroniques (non illustrées) pour commander et contrôler les processus de torréfaction et de refroidissement du café par le biais de la centrale électronique (CC) mentionnée ci-dessus.Of course, the roasting machine 100 is provided with a screen (not shown) and electronic controls (not shown) for controlling and controlling coffee roasting and cooling processes through the electronic control unit (CC) mentioned above. -above.
Il faut noter que, par souci d'exhaustivité, l'on associe au tambour de torréfaction 40, de manière connue, une sonde 95 au moyen de laquelle l'opérateur extrait, périodiquement, manuellement, une certaine quantité de café, pour en vérifier le degré de torréfaction.It should be noted that, for the sake of completeness, the roasting drum 40, in a known manner, is associated with a probe 95 by means of which the operator extracts, periodically, manually, a certain quantity of coffee, in order to verify the degree of roasting.
Comme nous l'avons mentionné précédemment, un détail intéressant est constitué par l'élément toroïdal (tore) 67 muni de sept trous 68 (communiquant entre eux) à travers lesquels a lieu l'aspiration forcée de l'air de refroidissement, auquel est fixé un ventilateur de refroidissement à aspiration (non illustré), dont la bouche d'aspiration se trouve en correspondance d'une zone 69 dépourvue de trous 68 (figures 3A, 3B, 3C).As mentioned above, an interesting detail is constituted by the toroidal element (torus) 67 provided with seven holes 68 (communicating with each other) through which the forced suction of the cooling air takes place, to which is attached a suction cooling fan (not shown), the suction mouth of which is in correspondence of a zone 69 without holes 68 (FIGS. 3A, 3B, 3C).
Dans la cuve de refroidissement 60, le café déjà précédemment torréfié dans le tambour de torréfaction 40 est agité et poussé par des spatules 60B (rotation autour de l'axe vertical (Y)) sur le fond 60C réalisé en maille métallique ; il faut noter qu'à l'usage, les sept trous 68, à travers lesquels a lieu l'aspiration de l'air de refroidissement, forment des types de stations de refroidissement du café chaud, lequel est, pour ainsi dire « freiné » et accumulé en correspondance de chaque trou 68, le temps nécessaire pour permettre l'arrivée d'une spatule 60B, laquelle dissipe et pousse en avant le petit tas de café qui s'était formé entre temps sur le trou 68 lui-même. A l'usage, le café vert est chargé dans la machine de torréfaction 100 par la trémie 10, à partir de laquelle il entre dans le tambour de torréfaction 40. Une fois torréfié, la trappe qui ferme l'ouverture de déchargement frontale 40E s'ouvre, et le café torréfié, poussé par des socs 40D, tombe dans la cuve de refroidissement 60 au-dessous, en glissant dans la trémie de transfert 50.In the cooling tank 60, the coffee already previously roasted in the roasting drum 40 is agitated and pushed by spatulas 60B (rotation about the vertical axis (Y)) on the bottom 60C made of metal mesh; it should be noted that in use, the seven holes 68, through which the suction of the cooling air takes place, form types of cooling stations hot coffee, which is, so to speak "braked" and accumulated in correspondence of each hole 68, the time required to allow the arrival of a spatula 60B, which dissipates and pushes forward the small pile of coffee that had formed in the meantime on the hole 68 itself. In use, the green coffee is loaded in the roasting machine 100 by the hopper 10, from which it enters the roasting drum 40. Once roasted, the hatch that closes the front discharge opening 40E s opens, and the roasted coffee, pushed by coulters 40D, falls into the cooling tank 60 below, slipping into the transfer hopper 50.
Après le refroidissement, le café torréfié et refroidi est évacué de la machine de torréfaction 100 par la goulotte de déchargement 65.After cooling, the roast and cooled coffee is discharged from the roasting machine 100 through the unloading chute 65.
Les principaux avantages de la machine torréfaction, objet de la présente invention, sont les suivants : i) encombrements totaux comparables à ceux d'un appareil électroménager moyen-grand ; ii) absence de brûleurs à gaz, et donc la possibilité d'être installée dans n'importe quel endroit sans avoir besoin d'obtenir des autorisations particulières des pompiers, ou d'autres autorités ; iii) totale suppression des dangers d'incendie des pellicules de café étant donné que les résistances électriques sont contenues dans un dispositif spécial à distance et éloigné du tambour de torréfaction ; iv) réduction de moitié de la puissance électrique installée (7-8 KW contre 15 KW d'une installation classique à énergie électrique) grâce au recyclage d'une bonne partie de l'air chaud avec récupération donc de la chaleur latente contenue dans l'air chaud lui-même ; v) complète combustion des fumées et absence de substances polluantes dispersées dans l'atmosphère ; vi) fonctionnement du tambour de torréfaction à dépression et dans une atmosphère anaérobie ; ceci fait qu'en cas de manque d'oxygène, le grain de café augmente de 50 % avec une extraction complète de l'humidité, exaltant le goût des autres 800 éléments compris dans le café, éléments qui confèrent au café lui-même son goût particulier et son arôme ; et vii) des coûts de production du café torréfié extrêmement limités.The main advantages of the torrefaction machine, object of the present invention, are as follows: i) total dimensions comparable to those of a medium-large household appliance; (ii) absence of gas burners, and therefore the possibility of being installed in any location without the need to obtain specific authorizations from firefighters or other authorities; iii) total suppression of the fire hazards of coffee films as the electrical resistors are contained in a special device at a distance and away from the roasting drum; iv) halving the installed electrical power (7-8 KW against 15 KW of a conventional electric installation) by recycling a large part of the hot air with recovery of the latent heat contained in the hot air itself; v) complete combustion of fumes and absence of polluting substances dispersed in the atmosphere; vi) operation of the vacuum roasting drum and in an anaerobic atmosphere; this means that in case of lack of oxygen, the coffee bean increases by 50% with a complete extraction of moisture, exalting the taste of the other 800 elements included in the coffee, elements which give the coffee itself its special taste and aroma; and (vii) extremely limited roast coffee production costs.
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