JP2002543220A - 澱粉粒子の製造方法 - Google Patents
澱粉粒子の製造方法Info
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Abstract
Description
式で得ることができる澱粉粒子の製造方法に関する。特に、50nmから100
μm粒子サイズを持つ小さい澱粉粒子、いわゆるナノあるいはミクロ−粒子は、
広範囲の用途に極めて望ましい。小さい澱粉粒子は、医薬品、化粧品、食品、塗
料、コーティング、紙、インク及び多くの他の用途で使用され得る。
)エマルジョン架橋または溶媒蒸発、噴霧乾燥及び他の方法により製造されてき
た(Jiugao,Y,ら,Starch,46(1994)252;Arsha
dy,R.,Pot.Eng.Sci.,29(1989),1747)。多数の経
路が次の特許に記述されている。PCT/GB/01735、PCT/GB95
/00686、PCT/GB92/01692、PCT/GB93/01421
、EP 0 213 303 B1。EP 0 213 303 B1においては、2つ
の非混和性の水性の液相が出発原料として使用される。エマルジョン架橋の場合
には、多くの機械的エネルギーが必要とされ、粒子を分別し、精製するのが極め
て困難であり、これが高製造コストに導く(例えば、PCT/GB93/016
92)。また、蒸発及び噴霧乾燥も、大量の(通常、有機で、揮発性)溶媒の使
用を必要とする費用のかかる方法である。水に溶解されたポリマーまたは澱粉が
常に出発原料として使用される。PCT/GB9S/00686においては、水
溶性及び水不溶性ポリマーの組み合わせが出発原料として使用される。しかしな
がら、双方とも2つの異なる溶媒に溶解される。
を提供する。この方法は a)水中澱粉分散系を含んでなる第1の相を製造し、 b)第2の液相中で第1の相の分散系またはエマルジョンを製造(但し、第2の
相は水でない)し、 c)第1の相中に存在する澱粉を架橋し、 d)このように生成した澱粉粒子を分離する 段階を少なくとも含んでなる。
粉重量/重量を含有する)、天然のままの澱粉、顆粒状澱粉、澱粉の画分及び誘
導体、並びに農業用原材料であると理解される。この澱粉は、小麦、コーン、ア
ミロコーン、ワックスコーン、ポテト、キノア、米等の多種多様な天然源に由来
することができる。
例えば物理的、化学的あるいは酵素により変性されたものであることができる。
この澱粉は冷水に可溶である必要はない。場合によっては、澱粉は完全あるいは
部分的に糊化あるいは溶融されうる。種々のタイプの澱粉の混合物も使用するこ
ともできる。例えば、部分可溶性の、(予備)糊化または変性澱粉を天然のまま
の澱粉に添加することができる。
分的あるいは完全に区分化された澱粉を使用することもできる。使用することが
できる誘導体は、加水分解が熱または酸の影響下で塩基性の、あるいは酵素によ
る加水分解であることができるマルトデキストリン、酸化された澱粉(カルボキ
シ、ジアルデヒドなど)、カルボキシル化、塩素化あるいは硫酸エステル化され
た澱粉、疎水性とされた澱粉(アセテート、サクシネート、半エステル、ホスフ
ェートエステル等のエステル)及びリン酸エステル化された澱粉、澱粉エーテル
(ヒドロキシアルキル)等の部分的あるいは完全に加水分解された澱粉である。
更には、上述の変性を組み合わせた澱粉、すなわち、2官能性あるいは多官能性
の澱粉を使用することもできる。この誘導体は、また顆粒状であることもできる
。
剤は、高々15%、好ましくは1−10%(澱粉固体基準での重量/重量)を占
める。上記助剤は、特に、アルギネート、ペクチン及びカルボキシメチルセルロ
ース等の他の炭水化物を含む。
相は、第1の相(水中の澱粉)中で分散あるいは乳化され、水中油(O/W)の
エマルジョンが生成する(段階b)i))。次に、上記O/Wエマルジョンは、
油中水(W/O)エマルジョンに反転される(段階b)ii))。このプロセス
は、本願においては「転相」と呼ばれる。W/Oエマルジョンにおいては、水性
相は第1の澱粉中の水相からなる。この澱粉は、ここで顆粒状、部分的に糊化あ
るいは溶解とすることができる。転相段階に続いて、この澱粉粒子は架橋され、
次に分離される。
応がゆっくり進行するような架橋反応の条件である場合には、この方法を使用す
ることができる。完全な架橋は一般に転相後に起こる。
ましい態様によれば、顆粒状澱粉の部分的あるいは完全な更なる糊化は、転相の
最中、前あるい後に行われる。この澱粉は、架橋時には部分的に顆粒状のままと
することができる。温度を上昇させることにより、あるいは水酸化物等の塩を添
加することにより、あるいはこれらの組み合わせにより、糊化を行うことができ
る。
から20:80のオーダーであるならば有利である。好ましくは、O/Wエマル
ジョン中の疎水性相:水の比は、60:40と40:60(V/V)の間である
。
炭化水素(アルカン、シクロアルカン)、エーテル、エステル、ハロゲノ炭化水
素、ジ−及びトリ−グリセリド、脂肪、ワックス及び油である。油または脂肪の
例は、パーム油、種油、ヒマワリ油及びサラダ油である。多数の極性液体は、オ
クタン、ドデカン、トルエン、デカリン、キシレン、ペンタノール及びオクタノ
ール等の高級アルコール、またはこれらの混合物である。パラフィン油、ヘキサ
ンまたはシクロヘキサンが好ましくは使用される。好ましくは、疎水性相の粘度
は澱粉/水相の粘度に近い。水/澱粉相の疎水性相との混和性は、好ましくはで
きるだけ低くなければならない。
すなわちO/WエマルジョンからW/Oエマルジョンへの転相(段階b)ii)
)は、種々の方法で起こり得る。1)温度感受性である界面活性剤を使用する場
合には、転相は、温度を上昇させることにより誘起され得る。2)O/Wエマル
ジョンは、もう一つの界面活性剤を添加することにより脱安定化され得る。この
界面活性剤はW/Oエマルジョンを安定化する。3)転相は、疎水性液体を添加
することにより得られる。4)転相は、また、塩添加により得られる。
は、O/W界面における界面活性剤分子の油相への移動を引き起こす。この結果
は、疎水性相の凝集に抗して極性頭部がもたらす保護も低下するということであ
る。例えば、疎水性相、界面活性剤のタイプ及び水性相中の澱粉のタイプと濃度
に依存するある温度で、この保護は低下して、すべての油滴が凝集し、このエマ
ルジョンが0/WからW/0に切り替わるか、あるいは反転した。
性剤系に依存する。対象とする界面活性剤は、好ましくは水と疎水性相、例えば
油と同等の親和性を有しなければならない。これはHLB(親水性−親油性バラ
ンス)値で表わされる。好ましくは、8から20あるいはそれ以上の、優先的に
は10から15のHLB値を持つ界面活性剤が使用される。HLB値が高い程、
界面活性剤の水性相への親和性は大きい。この値が高すぎる場合、転相を可能と
するには更に大きな温度上昇(あるいは、界面活性剤または疎水性液体または塩
の添加)が必要であるか、さもなくば転相はもはや起こらない。
セロールモノステアレート等の脂肪酸モノグリセリド、脂肪酸のクエン酸、乳酸
及び酢酸エステル(Cetodan,Lactodan,Panodan,Pro
modan)、脂肪酸のプロピレングリコールエステル(Triodan)、ソ
ルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、カルシウムステアレー
ト、エトキシル化及びサクシニル化モノグリセリド、グルコース及びサッカロー
スエステル;また脂肪酸アルコール(セタノール、パルミトール、ステアリルア
ルコール)、遊離脂肪酸、脂質類、リン脂質類、レシチン、糖脂質類及びグリコ
ール等の広範で、多様な界面活性剤または乳化剤を使用することができる。極め
て好適な界面活性剤の例は、極性ポリオキシエチレン頭部を持つものである。こ
のような界面活性剤は、特に、Tweenの商品名で市販されている。Twee
n−85(ポリオキシエチレン(20)ソルビタントリオレエート、HLB=1
1±1)が好ましくは使用される。
が濃度等の種々のファクターに依存する。PITは、例えば *エマルジョン中の塩濃度を増加する、 *水:油比を低減する、 *アルコールを添加する、 *界面活性剤のタイプに依り、pHを上げるか、あるいは下げる ことにより下げ得る。
10℃程度の温度上昇が転相の惹起に充分であるように選ばれる。好ましくは、
転相は、0と80℃の間で、更に好ましくは室温より若干上(ほぼ25−40℃
)で起こる。
界面活性剤は、O/Wエマルジョンを安定化させるのに使用した界面活性剤とは
異なる。O/WエマルジョンをTween 80により安定化したとすれば、例
えばSpan 80を添加することができる。
エマルジョンに疎水性液体または塩を添加することにより得られる。この切り替
えまたは反転は、水と油相の容積分率を変えることにより、あるいは界面で表面
張力を変えることにより起こる。事実、O/Wエマルジョンへの疎水性液体また
は塩の添加もまた、転相温度を低下させると考えられる。
セスであり、そのために系の乳化に少ない機械的エネルギーしか必要とされない
ということである。系をスケールアップする場合には、これもまた、利点を提供
する。特に、PIT法を使用する使用する場合には、多くの場合粒子の分別が簡
単である。温度を低下する方法によりこれを実施することができ、その結果、W
/Oエマルジョンが脱安定化される。また、無極性溶媒、好ましくは無極性アル
コール、更に好ましくはシクロヘキサノールまたはシクロオクタノールを添加す
ることにより、分離を行うこともできる。
とにより、粒子サイズを所望のサイズに調節することができるということである
。
た澱粉が架橋される。転相の前、最中あるいは後にこの架橋反応を開始すること
ができる。この反応の結果として、分離した澱粉粒子が生じる。次に、これらの
粒子を分別することができる。
橋は、転相の前、または転相の最中あるいは直後に起こすことができ、これは、
反応速度により主に決められる。架橋剤に依り、塩基、酸または塩等の触媒を添
加することにより、架橋を開始することができる。
架橋が転相温度以上、好ましくは転相温度の少なくとも10℃、更に優先的には
少なくとも20℃以上の温度で起こることは明白である。
に好ましくは20−500ミリモルの架橋剤が使用される。
である。架橋剤の例は、エピクロロヒドリン、グリオキサール、トリメタリン酸
トリナトリウム、ホスホリルクロライドまたは二塩基性あるいは多塩基性カルボ
ン酸の無水物等の普通の架橋剤である。しかしながら、トリメタリン酸トリナト
リウム等のリン酸エステルの架橋剤としての使用が特に好ましい。これらの場合
には、触媒は、水酸化ナトリウム等の塩基とすることができる。
澱粉の場合には、架橋剤は、例えば、尿素、テトラメチレンジアミンまたはヘキ
サメチレンジアミン等のジアミンまたはジアミドとすることができ、この場合に
は、酸を触媒として使用することができる。
アミンまたはジオールを用いて架橋を行うこともできる。しかしながら、カルシ
ウム、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛または鉄、好ましくはカルシウム等の
多価金属イオンにより触媒することができる内部エステル形成によっても、有利
に架橋を行うことができる。もう一つの可能な出発原料は、カチオン性の、ある
いはアミノアルキル澱粉であり、これは、ジカルボン酸またはジアルデヒドを用
いて系内で架橋され得る。
キレンビス−グリシジルエーテル等の官能性エポキシド、ジクロロヒドリン、ジ
ブロモヒドリン、アジピン酸無水物、グルタールアルデヒド、アミノ酸及びボラ
ックスである。
反応を架橋反応時に同時に起こさせることも可能である。
あるいは完全)混和性である澱粉に対する非溶媒からなる。非溶媒と水とのある
比で、この系はもはや完全混和性でなくなり、相分離が起こり、澱粉の水相の小
さい液滴が連続の非溶媒相中に存在する。
る、2相系での澱粉粒子の製造方法であって、この方法が a)水中澱粉分散系を含んでなる第1の相を製造し、 b)相分離が起こるように第1の相に第2の相を添加し、 c)第1の相中に存在する澱粉を架橋し、 d)このように生成した澱粉粒子を分離する ことを含んでなるものである 水と混和性であり、澱粉が溶解しないいかなる液体も澱粉に対する非溶媒とし
て使用することができる。このような非溶媒の例は、アセトン、メタノール、エ
タノール及びイソプロパノールである。
の澱粉の相の量に対して、好ましくは20と75%の間、更に好ましくは45と
55%の間である。この条件は、相分離した系が得られるということである。こ
の量は、澱粉等の他の成分に依存している。
る。
ス単位モル当たり好ましくは5から1000ミリモル、更に好ましくは20−5
00ミリモルの架橋剤が使用される。
要はない。本発明の好ましい態様によれば、顆粒状澱粉の部分的あるいは完全な
更なる糊化が第1の相への非溶媒の添加の最中、前あるい後に行われる。この澱
粉は、架橋時には部分的に顆粒状のままとすることができる。
ズは、なかんずく、澱粉と架橋剤のタイプと濃度、反応時間及び非溶媒のタイプ
に依存する。この方法も種々の成分を含む処理条件を調節することにより、粒子
サイズを調節できるという利点を提供する。
子を分別することができる。必要ならば、少量の追加の非溶媒を添加して、系を
脱安定化する。部分乾燥の後、この粒子を用途においてサスペンジョンで直ちに
使用することができる。場合によっては、水、エタノールまたはアセトンなどで
洗浄した後、あるいはローラー乾燥、凍結乾燥またはスプレー乾燥等の既存の乾
燥方法を用いてこの粒子を空気中で乾燥することができる。
子を分別するために、酸または塩が不要であるということである。結果として、
非溶媒の再使用も簡単な方法で可能である。
ホットメルト、洗剤、ハイドロゲル、肥料、食品、人工香料及び風味料、医薬品
及び化粧品、ティッシュー、土壌改良剤、殺虫剤、コーティング、マイルド処理
、例えば、酵素または熱水により除去できるコーティング、塗料、インク、トナ
ー、有機反応触媒、セラミック及び診断剤において使用され得る。使用される量
は、対象とする使用に慣用的な量である。
0gの水中に分散した。この分散体を7gのTween 85を含む110gの
パラフィン油に添加した。このO/Wエマルジョンを22℃とした。 次に、2mlの水中の0.21gのNaOHと1.2mlのエピクロロヒドリン
(ECH)を添加し、全体を50℃に加熱した。このエマルジョンの転相温度P
IT2(アルカリの添加後と架橋時)は25℃であった。反応時間は数時間であ
った。
た。温度を21℃とした。これは、エマルジョンの中和後の転相温度(PIT3
)である。酸の添加前の転相温度、PIT2は、通常PIT3よりも若干高い。
この粒子を容易に、かつ迅速に遠心分離または濾別することが可能であった。粒
子サイズ(<600nm)の見積もりを光学顕微鏡により行った。この粒子は球
形である。実施例2 60gのPaselli SA2(Avebe)を45gのNaClを含む4
00gの水中に分散した。この分散体を35gのTween 85を含む500
gのパラフィン油に添加した。このO/Wエマルジョンを20℃とした。2ml
の水中の0.21gのNaOHと1.2mlのエピクロロヒドリン(ECH)を
添加し、全体を50℃に加熱した。このW/OエマルジョンのPIT2は25℃
であった。反応時間は16時間であった。
温度を20℃とした。この粒子を容易に、かつ迅速に遠心分離または濾別するこ
とが可能であった。粒子サイズ(<600nm)の見積もりを光学顕微鏡により
行った。この粒子は球形である。実施例3 60gのPaselli SA2(Avebe)を10gのNaClを含む4
00gの水中に分散した。この分散体を35gのTween 85を含む500
gのパラフィン油に添加した。このO/Wエマルジョンを20℃とした。このエ
マルジョンの架橋前の転相温度PIT1は25℃である。0.95gのNaOH
と3mlの水と30gのトリメタリン酸トリナトリウム(TSTP)を添加し、
全体を55℃に加熱した。転相は25℃で起こった。反応時間は3.5時間であ
った。
た。温度を25℃(すなわち、PIT3)以下に下げた。20℃(中和後の転相
温度、すなわちPIT3)の温度近傍を交互に加熱と冷却を行うことにより、こ
の粒子を分別した。粒子サイズ(<600nm)の見積もりを光学顕微鏡により
行った。実施例4 200gのPaselli SA2(Avebe)を70gのTSTPを含む
1lの水中に分散した。この分散体を40gのTween 85を含む1000
mlのパラフィン油に添加した。このO/Wエマルジョンを20℃とした。転相
は25℃で起こった(PIT2;PIT1は24℃である)。次に、10mlの
水中の2.5gのNaOHを添加し、全体を50℃に加熱した。反応時間は16
時間であった。
した。温度を22℃(PIT3)以下に下げた。22℃(中和後の転相温度、す
なわちPIT3)の温度近傍を交互に加熱と冷却を行うことにより、この粒子を
分別した。粒子サイズ(<600nm)の見積もりを光学顕微鏡により行った。
この粒子は球形である。実施例5 6gのPaselli SA2(Avebe)を3gNaClを含む40gの
水中に分散した。この分散体を3.5gのTween 85を含む55gのパラ
フィン油に添加した。このO/Wエマルジョンを20℃とした。2mlの水中の
0.314gのNaOHを添加した。次に、2mlの水中の0.3gのGMAC
(カチオン試剤)を1mlのECHと共に添加した。全体を50℃に加熱した。
反応時間は6時間であった。 分離を開始するために、20mlの水中の0.79gの37%HClを添加した
。温度を30℃以下に低げた。PIT3は30℃であった。粒子サイズの見積も
りを光学顕微鏡により行った。NaClを添加することによりPIT3を低下さ
せることが可能であった。実施例6 12gの天然ポテト澱粉(PN)を頂部撹拌機を付けたガラスビーカー中の脱
塩水(600ml)中に分散した。均質で、濃厚な、ゼラチン状の物を塊なしで
得る迄水酸化ナトリウム(25mlの脱塩水中2g)を澱粉分散体に添加した。
次に、(乳白色)2相系が生成する迄エタノール(EtOH,450ml)を澱
粉/水相中にゆっくりと導入した。安定状態を得た後、4gのTSTPを添加し
た。反応を室温で24時間行った。反応に続いて、水含有澱粉粒子の堆積物とE
tOH−水の上層が生成する迄、エタノール(250ml)を添加した。EtO
H−水層を注ぎ出した。場合によっては、最初に遠心分離(3000rpmで3
分間)することが可能である。必要ならば、実質的にすべてのEtOHが消失す
る迄、澱粉層を水で何度も洗浄する。光学顕微鏡は、澱粉が部分的に糊化し、残
存の顆粒を含んでいることを示した。実施例7 500gの天然ポテト澱粉(PN)を頂部撹拌機を付けたガラスビーカー中の
脱塩水(25l)中に分散した。均質で、濃厚な、ゼラチン状の物を塊なしで得
る迄、水酸化ナトリウム(333g)を澱粉分散体に添加した。次に、(乳白色
)2相系が生成する迄エタノール(EtOH、10.4l)を澱粉/水相中にゆ
っくりと導入した。安定状態を得た後、366.7gのTSTPを添加した。反
応を室温で24時間行った。粒子が堆積物を形成した後、EtOH−水層を可能
な限り注ぎ出した。Niro Mobile Minorスプレー乾燥機(150
℃でポジション2)を用いて、水/澱粉層をスプレー乾燥した。電子顕微鏡によ
り求めた粒子サイズは、ほぼ1−10μmであった。実施例8 18gの天然ワックスコーン澱粉(WCN)を頂部撹拌機を付けたガラスビー
カー中の脱塩水(600ml)中に分散した。均質で、濃厚な、ゼラチン状の物
を塊なしで得る迄、水酸化ナトリウム(25mlの脱塩水中6g)を澱粉分散体
に添加した。次に、(乳白色)2相系が生成する迄エタノール(EtOH、25
0ml)を澱粉/水相中にゆっくりと添加した。安定状態を得た後、4gのTS
TPを添加した。反応を室温で24時間行った。反応に続いて、水含有澱粉粒子
の堆積物とEtOH−水の上層が生成する迄、エタノール(156ml)を添加
した。超音波浴を添加時に使用した。EtOH−水層を注ぎ出した。適当ならば
、遠心分離(3000rpmで3分間)を行うことができる。必要ならば、実質
的にすべてのEtOHが消失する迄澱粉層も水で何度も洗浄する。実施例9 実施例6、7及び8のそれに同一の方法でフロック−ゲルとPaselliS
A2澱粉(Avebe)から粒子を製造した。しかしながら、分離に添加したE
tOHの量(第2の量)は、それぞれ230と255mlであった。実施例10 100gのカチオン性澱粉(Avebe、DS=0.044)をほぼ300m
lの水中に分散した。20gのECHと150mgのH2SO4をこの分散体に添
加した。次に、ECHの澱粉への酸カップリングを行うために、この澱粉サスペ
ンジョンを70℃で4時間保持した。この澱粉を同時に糊化した。次に、この澱
粉溶液を室温迄冷却した。
離が起こり、これは、この溶液が濁るという事実により見ることができ、光学顕
微鏡によっても見られた。相分離が起こったならば、1gのNaOHの50ml
の1:1水/エタノール混合物中の溶液をゆっくり添加することにより、pHを
上昇させた。この方法によりこの架橋反応をスタートした。18時間後、追加の
エタノールを添加し、その後、遠心分離により架橋した澱粉粒子をエタノールか
ら取り出した。この粒子を洗浄、濃化して、ほぼ30%固体を含むサスペンジョ
ンを得た。
Claims (15)
- 【請求項1】 a)水中澱粉分散系を含んでなる第1の相を製造し、 b)第2の液相中で第1の相の分散系またはエマルジョンを製造(但し、第2の
相は水でない)し、 c)第1の相中に存在する澱粉を架橋し、 d)このように生成した澱粉粒子を分離する 段階を少なくとも含んでなる2相系での澱粉粒子の製造方法。 - 【請求項2】 第2の相が疎水性の相であり、かつ a)水中澱粉分散系を含んでなる第1の相を製造し、 b)i)水中油のエマルジョンを得るように、第2の相を第1の相中で分散ある
いは乳化し、 ii)水中油のエマルジョンを油中水のエマルジョンに転相し、 c)第1の相中に存在する澱粉を架橋し、 d)このように生成した澱粉粒子を分離する 段階を少なくとも含んでなる請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 該澱粉が段階b)ii)の前、最中または後で完全に、ある
いは部分的に糊化される請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 段階b)i)において疎水性相:水の比が80:20から2
0:80、好ましくは60:40から40:60である請求項2に記載の方法。 - 【請求項5】 該水中油エマルジョンが界面活性剤を含む請求項2、3また
は4に記載の方法。 - 【請求項6】 該界面活性剤が8から20の、好ましくは10から15のH
LB値を持つ請求項5に記載の方法。 - 【請求項7】 段階b)ii)が転相が起こる迄水中油エマルジョンの温度
を上昇させることを含んでなる請求項5または6に記載の方法。. - 【請求項8】 油中水エマルジョンへの転相が起こるように、段階b)ii
)が水中油エマルジョンへの第2の界面活性剤の添加を含んでなる請求項5また
は6に記載の方法。 - 【請求項9】 油中水エマルジョンへの転相が起こるように、段階b)ii
)が水中油エマルジョンへの疎水性液体の添加を含んでなる請求項5または6に
記載の方法。 - 【請求項10】 第2の相が澱粉に対する水混和性の非溶媒であり、 a)水中澱粉分散系を含んでなる第1の相を製造し、 b)相分離が起こるように、第1の相に第2の相を添加し、 c)第1の相中に存在する澱粉を架橋し、 d)このように生成した澱粉粒子を分離する 段階を少なくとも含んでなる請求項1に記載の方法。
- 【請求項11】 該澱粉に対する水混和性の非溶媒がエタノールまたはアセ
トン、好ましくはエタノールである請求項10に記載の方法。 - 【請求項12】 該澱粉が段階b)またはc)の前、最中または後で完全に
、あるいは部分的に糊化される請求項10または11に記載の方法。 - 【請求項13】 該澱粉が部分的に変性された澱粉からなる先行する請求項
の一つに記載の方法。 - 【請求項14】 第1の相中の澱粉含量が1−50%(m/m)、好ましく
は5から25%(m/m)である先行する請求項の一つに記載の方法。 - 【請求項15】 架橋が好ましくはトリメタリン酸トリナトリウムまたはエ
ピクロロヒドリンである架橋剤の助けにより行われる先行する請求項の一つに記
載の方法。
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