JP4088252B2 - 添加剤リザーバを有する押出ダイ - Google Patents

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Description

本発明は、流体添加剤を押出可能な食品素材に加えるための装置および方法一般に関する。より詳細には、押出可能な食品素材を押出する間に、固有の着色および/または着香の形状を与えるための改良された押出ダイ組立体およびその使用方法に関する。
押出装置の使用は多くの産業において普及し、特に食品産業で普及している。インスタント(R‐T‐E)シリアル、スナック食品および菓子などの様々な製品の製造に用いられて、押出加工は、その融通性と効率の良さにより、食品加工の中でも卓越している。
押出装置を用いる食品加工には、一般に、食品、例えば生地が含まれる。生地は装置に導入され、スクリューポンプを介して、生地が押出ダイに押し通される入口に運ばれる。押出ダイは様々な機能を果たすことができる。すなわち、押出ダイは、押出物を成形または造形し、押出物を複数の押出物に分割し、添加物を押出物に注入し、および、押出物の断面積を圧縮および低減させ得る。食品の押出に用いられる装置の例が、特許文献1〜3に示されている。押出ダイは長年にわたって発達してきたが、押出物に添加物を供与および注入する方法は本質的には変わっていない。
例えば、ベンソンによる特許文献1において、着色物、例えば液状着色剤は、架橋ストリップ32,34,36に配置された一連の穴40,42,44により導入され、ダイリザーバ46と流体連通している水平方向の通路52,54,55により供給される。ダイリザーバ46から一連の穴40,42,44への液状着色剤の供給は、重力による。特許文献1によれば、生地材料18が分割ブロック22を通して押し出され、ブロック22は、生地材料18を、架橋ストリップ32,34,36の周囲に分割または分離し、これにより、着色物が一連の穴40,42,44を介して導入されるボイド(間隙)38が成形される。
同様に、フリーズらの特許文献2において、流体射出組立体が、ボア37を含む螺旋状の中空管状注入部材29から構成されている。加圧された射出流体がボア37を通って、流体源25から、長手方向に間隔をあけて配置された複数のボア39に流れ、分配チャネル38へと流入する。チャネル38の長さに沿って流れる流体が、流れている生地に、生地のほぼ中央軸から生地の外面または生地外面より手前の点まで延在するほぼ長手方向に連続する螺旋状の帯状物として射出される。しかし、フリーズらの特許文献2は、主に、比較的低圧の食品押出に適している。
最後に、ウェインステインらの特許文献3およびそれらと関連する特許は、流れている生地に添加剤を加えて複雑なパターンの多色押出物をつくるための方法および装置を開示している。ウェインステインらの特許文献3の発明およびその後の関連出願は、全て、押出ダイインサート20を含む高圧押出装置を開示しており、ダイインサート20は、流れている生地に少なくとも1つの格子状ギャップを、ダイ分割部材47により成形された複数の分割通路(例えば、44,45,46)によりもたらすための手段を含む。添加剤(例えば食品色素または第2の着色生地)が、ダイ分割部材47の下流側に形成された、等間隔に配置された複数の、または列に並んだ食品色素注入ポート48を介して注入され得る。注入ポート48は、加圧色素供給部18と、供給ポート52,54,56および供給通路50を介して流体連通している。着色流体は、流れる生地における、ダイ分割部材47により、およびその後ろに形成された通路(例えば、44,45,46)間の格子状ギャップを埋めて、分割部材47の形状のラインを押し出された生地に成形しようとする。
また、ダイインサート20は、格子状ギャップに注入される着色流体がダイインサート20の内面壁に拡がることを防止し、それにより、着色流体が押出生地の外側に漏れることを排除する。また、ダイインサート20は、着色流体供給リザーバ58をシールするための手段(例えば、図示されているような「O」リング60および62)をさらに含んで、生地への着色流体の混入が早過ぎないようにする。
ウェインステインらの特許文献3の発明は、ダイインサート要素に加えて、通路25を狭めることにより押出物の断面積をかなり低減することを含む。高い動作圧力において、通路25の集束は押出ダイインサート20の下流側にかなりの逆圧を本質的に生じ、これが個々の射出口48を詰らせる要因となり、また詰りを促進することがある。さらに、切欠き57、シール手段60,62、および、多数の閉鎖注入口48を用いることにより、ダイインサートの設計がさらに複雑になり、ダイインサートの洗浄およびメンテナンスが困難になる。最後に、不連続に配置された着色流体を下流のボイドまたは格子状ギャップに注入して流体をほぼ均一に分散するためには、押出物および様々な添加剤の流量、内圧および粘性の正確な制御が必要である。さらに、各ダイインサート20の設計は、先に述べた設計要素による物理的制約により制限される。
米国特許第2,858,217号 米国特許第3,314,381号 米国特許第5,639,485号
したがって、様々な動作圧力で動作可能な押出ダイであって、改良されたシール特性を有し、メンテナンスがより簡単でより容易であり、射出機構に詰りや閉塞がより生じにくい押出ダイが必要である。
本発明は、押出ダイ組立体に関する従来の方法およびシステムに固有の欠点を克服する。本発明は、明確な着色および/または着香パターンを押出可能な食品素材の押出工程中に与えるための改良された押出ダイ組立体およびその使用法を含む。
一実施形態において、本発明のシステムは、嵌合するセットとして作成された成形部と射出部を含む押出ダイ組立体およびその使用方法を含む。成形部と射出部の嵌合セットは、適切に位置合わせされて連結されると、ダイ組立体の内部に周囲リザーバマニホルドを形成する。このマニホルドを通って、流体添加剤が供給口を介して、少なくとも1つの、より好ましくは複数の細管チャネルに供給され得る。これらの細管チャネルが、流れている第1の押出物に明確な断面設計をもたらす。
別の実施形態において、本発明を用いるためのシステムおよび方法は、複数の供給口が用いられ得るように内部周囲リザーバマニホルドを分割することを含み、これにより、異なる色および/または香りが明確な断面設計における異なる位置に射出されることが可能となる。
別の実施形態において、本発明のシステムおよびその使用方法は、押出可能な食品素材に複数のパターン設計を与えるための、成形部と射出部との複数の直列の嵌合セットを用いる。
別の実施形態において、本発明のシステムおよびその使用方法は、押出可能な食品素材に異なる色および/または香りの複数のパターン設計を与えるための、成形部と射出部との複数の直列の嵌合セットを用いる。
別の実施形態において、本発明のシステムおよびその使用方法は、集束型のノズルを用いて、押出物に与えられる明確な断面設計パターンを維持しながら押出物の断面積を減少させる。
したがって、本発明の1つの特徴により、本発明は、様々な動作圧力で動作可能であり、改良されたシール特性を有し、かつ、メンテナンスがより簡単で容易な押出ダイ組立体から構成される。さらに、本発明の押出ダイ組立体の性能は、流体添加剤のサージングが抑制され、それにより、連続した固有の形状が押出可能な食品素材中に射出されるという点で、より安定している。
本発明の別の特徴により、本発明は、射出機構における詰りや閉塞が生じ難い押出ダイ組立体から構成される。本発明のシステムは、押出可能な食品素材の流れが、供給通路または射出部を永久的に詰らせずに瞬時に停止されることを可能にする。
新規とみなされる本発明の特徴が特許請求の範囲に記載されている。しかし、本発明自体、ならびに本発明の好ましい使用形態、本発明のさらなる目的および利点は、以下に示す例示的な実施形態の詳細な説明を、添付図面を参照しつつ読むことにより理解されるであろう。
複数の図面に用いられる同一の参照番号は同一または類似の部品を示す。また、本文中、用語「上部」「底部」「第1の」「第2の」「上方」「下方」「高さ」「幅」「長さ」「端部」「側部」「水平」「垂直」およびこれらと類似の用語は、図に示された構造に言及するに過ぎず、また、発明の説明を容易にするために用いられているだけであることを理解されたい。
押出ダイ組立体の全体が、図1aおよび図1bに参照番号100で示されており、ダイ組立体100は、成形部200、射出部300およびノズル部400を含む。ダイ組立体100を構成するこれらの3つの部分は同心状に位置合わせされて噛み合っている。さらに、成形部200を射出部300に連結する手段も含まれる。
押出ダイ組立体100は、食品産業にて一般的な多様な業務用押出装置に適合するように設計されている。押出ダイ組立体100は、押出装置(図示せず)内の適切なコンパートメントに挿入される。コンパートメントに挿入されたダイ組立体100により、第1の押出物(例えば、ペーストまたは穀物生地)が、成形部200の、同軸状に位置合わせされた通路210を下方に流され、射出部300内の、供給口340および環状リザーバRを介して供給された流体添加剤(例えば、食品着色剤または流動可能な着色および/または着香食品材料)と組み合わされ、このようにして得られた食品素材が、ノズル部400内の集束(先細状)ノズルボア420を通して押し出され、明確な着色および/または着香パターンを含む押出食品を形成する。
図示されている実施形態は、ほぼ円柱状に示されているが、ダイ組立体100の外側ハウジングは、食品産業にて一般的な業容用押出装置に適していれば任意の形状であってよい。同様に、通路210およびボア420も、円形の断面を有するように示されているが、他の実施形態において通路210およびボア420は、最終製品の外形または構造を画定し、または一部画定する、より複雑な周囲形状を有して作成されることもできる。最終製品の外形または構造は、規則的な形状(例えば、星型、リング、幾何学的形状)と、不規則な形状(例えば、動物、野菜、または、木、車などの物体の形状)の両方を含む。
図面を参照すると、特に図2aおよび2bにおいて、成形部200は、通路210を画成する中央ボアを有するほぼ管状のフランジ要素である。通路210の入口212は、押出装置(図示せず)からの加圧された第1の押出物を供給する導管(図示せず)を受けるように適合されている。成形部200の入口面204の周囲部に皿状の複数の連結穴202が等間隔で設けられており、これらの穴202は、成形部200を射出部300のネジ穴302に着脱可能に連結するためのネジ(図示せず)を受ける。通路210に対して平行に配置された位置合わせ穴206が成形部200内を延在し、射出部300の入口面304上の位置合わせノブ306を受ける。位置合わせノブ306が位置合わせ穴206に適切に嵌り込むと、射出部300の、成形部200に対する軸方向角度位置合わせが正しいことが保証される。
通路210の出口部は成形ダイ要素220を含み、要素220は、第1押出物の流れを少なくとも2つに分割し、より好ましくは、隣り合う複数の押出物流路、例えば、成形ダイ要素220によりそれぞれ形成された通路a〜gに分割する。
成形部と射出部とは、嵌合するセットとして作成される。概して、成形部の出口部は、射出部の入口部と噛み合いかつシールを形成するように設計されている。一実施形態において、成形部の出口部に形成された内側周囲リムは、特に、射出部の入口部の中央ボアとスライド可能に連結しかつ位置合わせされるように設計されている。内側周囲リムは、成形部の出口面に形成された周囲切欠きにより画成される。周囲切欠きは、中央通路の外周と平行でかつ中央通路の外周からほぼ等距離の周囲リム壁により特徴づけられる。内側周囲リムは、半円形の断面を有する周囲溝を含む。この溝と整合する半円形の断面を有する周囲溝が射出部の入口部の中央ボアのベースに形成され、これにより、成形部と射出部がスライド可能に連結されかつ位置合わせされるときに、円形の断面を有する内部周囲リザーバマニホルドが形成される。
したがって、特に図2b,3aおよび3bに示されているように、本発明が、ほぼ円形の断面を有する実施形態で実施されるとき、成形部200の出口部に形成された内側周囲リムは、環状切欠きにより画成された環状リムである。この環状リムは、成形部200の外面の外周を囲む、環状リム壁242および環状外側リングシール面240により特徴づけられる。成形部200の出口部の環状リムは、環状ボア壁308により画成された、射出部300の入口部の中央ボアにスライド可能に嵌り込む。これにより、成形部の外側環状リングシール面240が、射出部の外側環状シール面304に着座しかつシール面304とシールを形成し、成形部の中間環状シール面244が射出部の中間環状リングシール面310に着座し、かつリングシール面310とシールを形成し、成形部の内側環状シール面246および成形ダイ要素220の出口面248が、射出部の共射出ダイインサート320の入口面322に着座しかつ入口面322とシール形成する。さらに、整合する環状周囲溝230と330が内部環状周囲リザーバマニホルドRを形成し、このリザーバマニホルドRに流体添加剤を供給することができる。成形部200と射出部300が適切に位置合わせされかつ連結されると、成形部200と、嵌合する射出部300との間のそれぞれの環状シールが、リザーバマニホルドRに供給される流体添加剤を有効に封じ込めて隔離し、成形ダイ要素220の上流側、および、押出ダイ組立体100の外周に流体添加剤が偶発的に漏れることを防止する。
射出部300は共射出ダイインサート320を含み、ダイインサート320の外形は、成形ダイ要素220と適切に位置合わせされたときに、通路a’〜g’がそれぞれ、成形ダイ要素220により形成された通路a〜gと隣接する外形である。適切に位置合わせされかつ連結されたとき、成形ダイ要素220の出口面248と射出部の共射出ダイインサート320の入口面322によるシールは、隣り合って流れる押出物通路がそれぞれ詰らずに連続し、かつ、リザーバマニホルドRに収容された流体添加剤が成形ダイ要素220
の上流側に偶発的に漏出しないことを保証する。
共射出ダイインサート320は、少なくとも1つの、より好ましくは複数の細管チャネル352を、複数の通路間のスペースに含む。細管チャネル352は、リザーバマニホルドRに、チャネルポート350を介して流体連結されている。リザーバマニホルドRは、流体添加剤の加圧源(図示せず)に供給口340を介して流体連結されている。
成形部と射出部が適切に位置合わせおよび連結されているとき、成形ダイ要素220の出口面248と、射出部の共射出ダイインサート320の入口面322とによるシールが、内部環状周囲リザーバマニホルドRに供給される加圧流体添加剤が細管チャネル352に連続的に、チャネルポート350を介して充填されることを保証する。そして、各細管チャネル352は、その下流の出口面にて流体添加剤を、細管チャネル352の断面形状とほぼ同一の形状で連続して放出し、これにより、連続した帯状の流体添加剤が、第1押出物内に形成された一時的な裂け目に,第1押出物が、隣り合う押出物流路、例えば、通路a’〜gを出るときに注入される。個々の隣り合う押出物通路(例えば、通路a’〜g)から出るとき、隣り合って流れる個々の柱状の第1押出物が合体して、注入された複数本の帯状流体添加剤を、食品素材の1本の流れに取り囲み、それにより、明確な着色および/または着香パターンを食品素材に与える。
本発明の別の実施形態において、射出部300は、流体添加剤の別々の加圧源に流体連結された複数の供給ポート340を含み得る。このような実施形態において内部環状周囲リザーバマニホルドRは、複数の分離された部分に分割され得る。これらの部分は、流体添加剤の個々の加圧源を特定の細管チャネル352に流体連結し、様々な色および/または香りの固有の形状が食品素材に与えられることを可能にする。
本発明の一実施形態において、射出部300の出口面362は、概して、ノズル部400の入口面404と係合しかつシール形成するように設計されている。共射出ダイインサート320を除けば、ノズル部400の入口面404は、本質的に射出部300の出口面362の鏡像である。概して、ノズル部400は、成形部の通路の周囲と嵌合する周囲を有する入口を含む。ノズル部は、さらに、成形部の、出口に向って集束する通路と同軸状
に位置合わせされた通路を含む。通路が集束するにしたがって、通路の断面積は、縦横比を維持したまま小さくなる。したがって、図に、特に図1bおよび3bに示されているように、本発明を、ほぼ円形の断面を有する実施形態として実施する場合、ノズル部400は、内部環状周囲を有する入口410を含み、内部環状周囲は成形部の通路210の周囲と整合する。ノズル部は、さらに、出口430に向って集束する、成形部の通路210と同軸状に位置合わせされた通路420を含む。
図1bに示されているような、円形の断面を有する実際の実施形態において、通路420の直径は、入口410の約1.687cm(0.664インチ)の寸法から出口430の約0.843cm(0.332インチ)の寸法に減少する。別の実施形態において、通路420の直径は、入口410の1.687cm(0.664インチ)の寸法から出口430の0.389cm(0.153インチ)の寸法に、さらに減少する。
あるいは、本発明の別の実施形態において、多数の組の嵌合成形部/射出部を、タンデム配列、すなわち直列で隣接させることもできる。このような実施形態において、第2組の成形部の入口面は、第1組の射出部の出口面と噛み合いかつシール形成するように設計される。多数の組の嵌合成形部/射出部を直列配置することにより、異なる色および/または香りを有する多数のパターン設計を押出可能な食品素材に与えることが可能になる。
当業者には、明確な着色および/または着香パターンを押出可能な食品素材の押出の間
に与えるための改良された押出ダイ装置および方法が本文に記載されたことが明らかであろう。本文中に本発明を、好ましい実施形態に関して記載してきたが、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、この他に適合および変更を行えることが明らかであろう。例えば、複数の押出ダイ組立体を並列配置して単一の押出装置により用いることもできる。本文中に用いた用語および表現は説明のための用語として用いられており、限定的なものではなく、したがって、均等物を排除するものでは全くなく、むしろ、本発明の精神および範囲から逸脱せずに用いられ得る全ての均等物を包含するものとする。
本発明の押出ダイ組立体の切取斜視図。 本発明の押出ダイ組立体を分解した状態の切取斜視図。 本発明の押出ダイ組立体の成形部の上面図。 本発明の押出ダイ組立体の成形部の切取斜視図。 本発明の押出ダイ組立体の射出部の上面図。 本発明の押出ダイ組立体の射出部の切取斜視図。

Claims (19)

  1. 押出の間に押出可能な食品素材に固有の形状を与えるための押出ダイ組立体であって、(a)(i)入口を有する入口面と、
    (ii)前記入口から出口に延在する中央通路と、
    (iii)前記中央通路を横切る成形ダイ要素と、
    (iv)前記出口を取り囲む第1の周囲溝を有する出口面とを有する成形部と、
    (b)(i)共射出ダイインサートを取り囲む第2の周囲溝を有する入口面と、(1)前記共射出ダイインサートが、第2周囲溝と流体連通する少なくとも1つの細管チャネルを有することと、(a)前記細管チャネルが上流排出部および下流排出部を含むことと、
    (ii)第2周囲溝を流体添加剤源に流体連結する供給口と、を備える射出部と、
    (c)前記成形部の出口面を前記射出部の入口面に連結およびシールすることにより、
    (i)周囲リザーバマニホルドを成形部と射出部の間に形成および隔離するように第1周囲溝と第2周囲溝とを位置決めおよび位置合わせし、
    (ii)細管チャネルの上流排出部をシールするために成形ダイ要素と共射出ダイインサートとを位置決めおよび位置合わせする手段と、を備えた押出ダイ組立体。
  2. 同軸状に位置合わせされて噛み合う(d)ノズル部をさらに有し、同ノズル部は、
    (i)入口を有する入口面と、
    (ii)集束する通路と、
    (iii)出口とを含む請求項1に記載の押出ダイ組立体。
  3. 第1周囲溝および第2周囲溝が、さらに複数の分割壁を有し、同分割壁は、適切に位置合わせされたときに周囲リザーバマニホルドを複数の周囲リザーバマニホルドスペースに分割し、要素(b)(ii)が複数の別々の供給口を含み、供給口の各々が、第2周囲溝の複数のリザーバマニホルドスペースの1つを、複数の流体添加剤源の1つと流体連結している請求項1に記載の押出ダイ組立体。
  4. ノズル部の集束通路の断面積がノズル部の入口から出口へ20:1より小さい比率で減少する請求項2に記載の押出ダイ組立体。
  5. ノズル部の集束通路の断面積がノズル部の入口から出口へ4:1より大きい比率で減少する請求項4に記載の押出ダイ組立体。
  6. 押出の間に押出可能な食品素材に固有の形状を与えるための押出ダイ組立体であって、(a)同軸状に位置合わせされて噛み合うタンデム配列の複数の嵌合セットを有し、各セットが、
    (i)(1)入口を有する入口面と、
    (2)前記入口から出口に延在する中央通路と、
    (3)前記中央通路を横切る成形ダイ要素と、
    (4)前記出口を取り囲む第1の周囲溝を有する出口面とを有した成形部と、
    (ii)(1)共射出ダイインサートを取り囲む第2の周囲溝を有する入口面と、(a)前記共射出ダイインサートが、第2周囲溝と流体連通している少なくとも1つの細管チャネルを有することと、(i)前記細管チャネルが上流排出部および下流排出部を含むことと、
    (2)第2周囲溝を第1の流体添加剤源に流体連結する供給口とを有した射出部と、
    (iii)成形部の出口面を射出部の入口面に連結およびシールすることによって、
    (1)周囲リザーバマニホルドを成形部と射出部の間に形成および隔離するように第1周囲溝と第2周囲溝を位置決めおよび位置合わせし、
    (2)細管チャネルの上流排出部をシールするために成形ダイ要素と共射出ダイインサートを位置決めおよび位置合わせする手段と、を有する押出ダイ組立体。
  7. 同軸状に位置合わせされて噛み合う(b)ノズル部をさらに有し、同ノズル部が、
    (i)入口を有する入口面と、
    (ii)集束する通路と、
    (iii)出口とを有する請求項6に記載の押出ダイ組立体。
  8. 前記ノズル部の集束通路の断面積がノズル部の入口から出口へ20:1より小さい比率で減少する請求項7に記載の押出ダイ組立体。
  9. 前記ノズル部の集束通路の断面積がノズル部の入口から出口へ4:1より大きい比率で減少する請求項8に記載の押出ダイ組立体。
  10. 押出の間に押出可能な食品素材に固有の形状を与えるための押出ダイ組立体であって、
    (a)第1の流動押出物を供給するための手段であって、前記第1の流動押出物を収容し中央通路に流し込むための手段を有する手段と、
    (b)前記第1押出物に少なくとも1つの裂け目を形成することによって、第1の流動押出物を隣り合って流れる複数の流動押出物に分割するための手段と、
    (c)流体添加剤を、隣り合って流れる複数の流動押出物間の少なくとも1つの裂け目に射出するための射出手段と、
    (i)該射出手段は共押出ダイインサートを有し、該共押出ダイインサートは射出組立体を取り囲む周囲リザーバマニホルドと流体連通している少なくとも1つの細管チャネルを備えることと、
    (ii)前記射出手段は周囲リザーバマニホルドを流体添加剤源に流体連結する供給口をさらに有することと、
    (d)隣り合って流れる複数の流動押出物間における流体添加剤の相対位置をほぼ維持しながら、前記隣り合って流れる複数の流動押出物を第2の流動押出物へと合体させるための手段と、
    (e)前記第2の流動押出物の断面積を低減させるための手段とを組み合わせて備える、押出ダイ組立体。
  11. 前記第2の流動押出物の断面積を低減させるための手段が、さらに、断面積を20:1より小さい比率で低減するための手段を含む請求項10に記載の押出ダイ組立体。
  12. 第2の流動押出物の断面積を低減させるための手段が、さらに、断面積を4:1より大きい比率で低減するための手段を含む請求項11に記載の押出ダイ組立体。
  13. 押出の間に押出可能な食品素材に固有の形状を与えるための方法であって、
    (a)第1の流動押出物を収容し中央通路に流し込む工程を備えた、第1流動押出物を供給するための工程と、
    (b)1流動押出物を、隣り合って流れる複数の流動押出物に分割する工程と、
    (c)連続した帯状の流体添加剤を、隣り合って流れる複数の流動押出物のそれぞれの間の射出するための射出工程であって、
    少なくとも1つの細管チャネルを有した共押出ダイインサートを用い、前記細管チャネルは前記隣り合って流れる流動押出物のうちの2つの間に設けられ前記中央通路を取り囲む周囲リザーバマニホルドと流体連通し、
    前記射出工程ではさらに周囲リザーバマニホルドを前記共押出ダイインサートの外側にある流体添加剤源に流体連通させる、射出工程と、
    (d)隣り合って流れる複数の流動押出物間における前記流体添加剤の相対位置をほぼ維持しながら、隣り合って流れる複数の流動押出物を第2の流動押出物へと合体させる工程とを備える方法。
  14. (e)前記第2流動押出物の断面積を20:1より小さい比率で低減する工程をさらに備える請求項13に記載の方法。
  15. 前記第2流動押出物の断面積を4:1より大きい比率で低減させる工程をさらに備える請求項14に記載の方法。
  16. 前記流体添加剤が着色されている請求項13に記載の方法。
  17. 前記流体添加剤は第1の色からなり、前記第1押出物は第2の色からなる請求項16に記載の方法。
  18. 前記流体添加剤が着香されている請求項13に記載の方法。
  19. 前記流体添加剤は第1の香りを備え、第1押出物は第2の香りを備える請求項18に記載の方法。
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