KR102118998B1 - 충치균의 생육억제 작용을 갖는 진세노사이드 및 조성물 - Google Patents

충치균의 생육억제 작용을 갖는 진세노사이드 및 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 충치균(Streptococcus mutans)에 대한 생육억제 효과를 나타내는 진세노사이드에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 인삼 및 홍삼 추출물이나 그로부터 추출한 구조전환이 되지 않은 고분자 형태의 진세노사이드(Rb1, Rb2, Rc, Rd, Re, Rg1 등)는 충치균에 대한 항균효과가 미미하나 이로부터 당이 제거된 형태의 저분자 진세노사이드(Rg3, Rh1, Rh2, F2, Compound K 등)나 이들의 혼합물은 충치균에 대하여 강력한 억제효과를 나타낸다.
따라서 본 발명의 물질인 저분자 진세노사이드 Compound K, F2, Rh1, Rh2, Rg3 또는 이들의 혼합물을 이용하면 충치의 주요 원인균의 생육을 억제하여 효과적으로 충치를 예방할 수 있다.

Description

충치균의 생육억제 작용을 갖는 진세노사이드 및 조성물{Ginsenosides and their crude extracts which have antibacterial activity against Streptococcus mutans}
본 발명은 홍삼에서 추출한 사포닌 즉 진세노사이드의 미생물에 대한 약리활성을 확인한 것으로 구조전환된 저분자 진세노사이드 또는 그 혼합물이 치아우식증을 일으키는 대표적인 구강미생물인 스트렙토코커스 뮤탄스(S.mutans)에 강력한 항균활성을 갖는 것을 확인한 것이다. 이들 성분을 단일 또는 복합 조성물로 이용하여 약학적 또는 식품학적으로 유용한 충치억제제 및 충치균 생육억제 제제를 제공할 수 있다.
충치는 세계적으로 가장 만연된 구강 내 질병의 하나이며, 최근 당류 섭취량의 증가 등 식생활 패턴의 변화에 따라 그 이환율이 점점 증가하고 있다. 치아우식증(충치)은 치태 내 세균, 음식물, 타액의 상호작용에 의하여 유발되는 다인성 질환으로서 치태 내 세균 중에서도 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans; S. mutans)와 스트렙토코커스 소브리누스(Streptococcus sobrinus; S. sobrinus)가 주 원인균으로서, 치면에 부착하여 증식 및 산 생성과정을 거쳐 치아 중 무기질이 탈회되고 상아질이 파괴되어 치아조직의 결손을 초래하는 세균성 치아 경조직 질환이다. 또한, 상기와 같은 충치 원인균에 의해 생성된 유기산이 치질에 직접 작용하기 위해서는 산 생성균이 치면에 체류해야 하고 이를 위해서는 불용성 글루칸이 형성되어야 한다. 이 세균들이 분비하는 GTase(glucosyltransferase)는 수크로즈를 이용하여 글루코스 중합체로 90% 이상의 α-1,3 글루코시드 결합(glucosidic linkage)과 나머지는 α-1,6 글루코시드 결합으로 이루어진 불용성 글루칸을 형성한다. 이것은 물에 녹지 않고 치아표면에 부착하는 능력이 있기 때문에 치면 세균막을 형성하여 초기 충치의 원인이 된다(박 등 Kor. J. Food & Nutr. 13(2), 139(2000), 김 등 J. Kor. Fish. Soc. 35(2), 191(2002)).
치아우식증(충치)의 치료, 예방제재의 개발을 위해 다양한 방법이 연구되어 왔으며 유력한 방법으로는 치아에 형성된 바이오필름의 생성을 저해하여 충치를 억제하는 방법이 있다(보건의료기술연구개발사업보고서, 치아우식증 예방 및 치료제를 위한 바이오필름 제어 연구, 2013). 또한 바이오필름이 형성되지 못하도록 하는 GTase 저해제를 개발하는 방법(Ren. Z. 등 Antimicrob Agents Chemother. 2015)도 자주 이용되는 바이오필름 억제법 중 하나이다. 그러나 치아우식증의 치료, 예방에 가장 우선되어야할 방법으로는 충치원인균의 증식을 억제하는 항균제제의 개발(J.Periodont.Res., 21(16 suppl.)33(1986), Arch. Oral Biol., 17, 147(1972), J.Periodont.Res., 21(16 suppl.)74(1986) )이다. 특히 독성이 적고 안정성이 뛰어난 천연추출물을 이용한 항균활성제제의 개발이 활발히 진행되어 알로에 추출물이나(Kor. J. Food & Nutr.13(2), 139(2000)), 다시마 추출물(J.Korean Fish. Soc.35(2), 191(2002)), 오미자추출물 등을 이용한 충치억제제가 연구, 개발되고 있다(등록특허 10-0296775). 이러한 천연 추출물은 식용식물을 원료로 하기에 독성이 거의 없고 쉽게 섭취할 수 있는 장점이 있다. 그러나 천연 추출물은 다양한 물질이 혼합된 단순추출물 형태이기에 특정 약리활성성분이 극미량 들어있고 또한 그 성분의 대량생산 및 성분함량 조절이 어려워 약리효능에 대한 재현성(충치억제활성)이 강하지 않아 기능성 식품이나 의약품으로의 개발이 힘들다는 한계가 있다.
본 발명을 통해 인삼에서 추출한 구조전환된 진세노사이드 및 이를 포함한 혼합물이 충치의 주 원인균인 S. mutans에 강한 항균성을 나타냄을 밝히고 이를 바탕으로 강력한 충치억제물질을 개발하고자 한다.
본 발명자들은 용매를 사용하여 인삼으로부터 복합 진세노사이드를 추출하고, 이를 흡착수지에 흡착한 후 용매로 탈착하여 부분 정제한 다음, 일부 당을 제거하기 위하여 당 제거 효소 및/또는 유기산을 처리하여 저분자 진세노사이드를 제조한 다음, 복합 진세노사이드, 부분 정제한 진세노사이드, 저분자 진세노사이드에 대하여 충치균 생육 억제 활성을 시험한 결과, 당이 1~2개이며, 분자량 900 이하인 저분자 진세노사이드가 충치균 생육 억제 활성이 현저함을 확인하고, 이를 이용하여 충치균 생육 억제 조성물을 제조하였다. 이 조성물은 치약, 구강세정제를 비롯하여, 껌 등의 식품 조성물에도 이용 가능하다.
본 발명은 1~2개의 단당을 가진 분자량 900 이하 저분자 진세노사이드를 유효성분으로 함유하며, 충치균 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans)에 대해 생육 억제 활성을 나타내는 충치균 생육 억제 조성물에 관한 것이다. 분자량이 900을 초과하는 경우에는 충치균 억제 효능이 현저히 저하되며, 단당의 수가 3개 이상인 경우에도 충치균 억제 효능이 낮다. 상기 저분자 진세노사이드는 바람직하게는 분자량 500 이상 900 이하, 더욱 바람직하게는 분자량 600 이상 800 이하이다.
또한, 본 발명은 상기 1~2개의 단당을 가진 분자량 900 이하 저분자 진세노사이드가
인체에 무해한 에탄올 등의 알코올 용매 및/또는 물을 인삼에 가하여 농축액을 제조하는 단계;
흡착수지를 이용하여 상기 농축액을 부분 정제하여 복합 진세노사이드를 얻는 단계; 및
상기 복합 진세노사이드에 글루코시드 결합을 절단하는 효소 및 유기산 중 1종 이상을 처리하여 당을 일부 제거하는 단계;를 거쳐 얻어진 것임을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 1~2개의 단당을 가진 분자량 900 이하 저분자 진세노사이드는 진세노사이드 화합물 K(compound K), 진세노사이드 Rg3, 진세노사이드 Rh2, 진세노사이드 Rh1 및 진세노사이드 F2 중 1종 이상임을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 1~2개의 단당을 가진 분자량 900 이하 저분자 진세노사이드는 농도가 5ppm 이상임을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 인삼은 고려인삼(Panax ginseng), 전칠삼(Panax notoginseng), 미국삼(Panax quiquefolius), 수삼, 백삼, 홍삼, 흑삼, 흑홍삼 또는 그 추출물임을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 글루코시드 결합을 절단하는 효소는 글루코시다제 및 갈락토시다제 중 선택된 1종 이상임을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 조성물은 액상, 크림상, 페이스트상 또는 고체상임을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 충치균 생육 억제 조성물을 함유하는 치약 조성물에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 충치균 생육 억제 조성물을 함유하는 구강세척제 조성물에 관한 것이다. 치약 조성물과 구강세척제 조성물은 일반 치약 조성물, 일반 구강세정제 조성물 제조시 본 발명의 1~2개의 단당을 가진 분자량 900 이하 저분자 진세노사이드를 가하여 제조한다. 바람직하게는 치약 조성물 및 구강세정제 조성물 제조시 본 발명의 1~2개의 단당을 가진 분자량 900 이하 저분자 진세노사이드를 중량비 0.1~20중량%로 가한다.
또한, 본 발명은 상기 충치균 생육 억제 조성물을 함유하는 껌, 음료, 과자류 등의 식품 조성물에 관한 것이다. 껌, 음료, 과자류 등의 식품 조성물 제조시 본 발명의 1~2개의 단당을 가진 저분자 진세노사이드를 가하여 제조한다. 바람직하게는 껌, 음료, 과자류 등의 식품 조성물 제조시 본 발명의 1~2개의 단당을 가진 분자량 900 이하 저분자 진세노사이드를 중량비 0.1~20중량%로 가한다.
본 발명의 1~2개의 단당을 가진 저분자 진세노사이드를 유효성분으로 함유하며, 충치균 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans)에 대해 생육 억제 활성을 나타내는 충치균 생육 억제 조성물은 단순 홍삼 추출물이나 단순히 인삼 추출물을 정제한 진세노사이드와 비교할 때 우수한 충치균 생육 억제 활성을 나타내어 치약, 구강세정제를 비롯한 구강용 조성물로 이용 가능하며, 그 외에도 껌, 음료, 과자 등의 식품 조성물에도 응용할 수 있다.
항충치균 제제의 탐색을 위해 다양한 종류의 순수 진세노사이드 및 그 혼합물을 생산하였고(진세노사이드 함량 95% 이상, HPLC), 충치균으로서 스태필로코커스 뮤탄스(S. mutans)를 배양한 배지에 시료를 투여하여 충치균 생육 정도를 측정하였다. 실험 결과, 저분자의 구조전환된 인삼사포닌(진세노사이드)과 그들을 포함하고 있는 조성물이 포함된 배지에서 충치균의 생육저하효과가 매우 컸다.
이하, 본 발명의 구체적인 방법을 실시예를 들어 좀 더 자세히 설명한다. 그러나 본 발명의 범위가 이들 실시예의 기재에만 한정되는 것이 아님은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
< 실시예 1: 복합 진세노사이드 추출>
국내산 건조홍삼(4년근)을 구입하여 실험 원료로 사용하였다(충남 금산, 덕원인삼).
복합 진세노사이드는 건조홍삼으로부터 추출하였다. 건조홍삼 10kg을 50% 에탄올로 60℃에서 12시간 3회 반복 추출하여 농축하였다. 농축액은 총 5.6kg(63brix)이었고 이중 5.5kg을 물로 녹인 후 합성흡착수지(HP2MG, 미스비시케미컬 또는 HP-20, Diaion 사)가 충전된 컬럼에 통과시켜 흡착한 후 95% 에탄올로 탈착하여 복합 진세노사이드 460g을 얻었다.
< 실시예 2: 조성물 A, B 및 C의 조제>
조성물 A의 조제
실시예 1에서 얻은 복합 진세노사이드 460g 중 100g을 조성물 A의 조제에 사용하였으며, 등록특허 10-0731620호에 개시된 C-2 제조방법을 약간 변형하여 조제하였다. 즉, 실시예 1에서 얻은 복합진세노사이드를 바실러스 속 유래 베타글루코시다제로 효소처리 하고 유기산 반응을 거쳐 조성물 A(50.5g)를 조제하였다.
조성물 A의 진세노사이드 함량: Rg3=140mg/g, 기타성분=Rh1, Rg2, Rk1, Rg5 등
조성물 B의 조제
조성물 B는 위 실시예 1에서 얻은 복합 진세노사이드를 기질로 하여 등록특허 10-0689745호의 실시예 5와 같은 방법으로 조제하였다. 즉, 진세노사이드 Rb1, Rb2, Rc 및 Rd가 혼합된 복합 진세노사이드 100g을 기질로 하여 50 mM 아세트산나트륨 완충용액(pH 4.5)에서 아스퍼질러스 속 유래 알파-갈락토시다제(0.75g)와 60℃ 항온수조에서 96시간 이상 반응시켜 조성물 B(41g)를 조제하였다.
조성물 B의 진세노사이드 함량: Compound K=142mg/g, 기타성분=F2 등
조성물 C의 조제
조성물 C는 위 실시예 1에서 얻은 복합 진세노사이드를 기질로 하여 등록특허 10-0892764호의 실시예 1-3과 실시예 1-4의 방법을 약간 변형하여 조제하였다. 즉, 위 실시예 1에서 얻은 복합 진세노사이드 100g을 기질로 하여 50 mM 아세트산나트륨 완충용액(pH 4.5)에서 아스퍼질러스 속 유래 베타글루코시다제와 함께 55℃ 항온수조에서 72시간 이상 반응시켜 복합물 48g을 얻은 후 이를 다시 유기산에 반응시켜 조성물 C 25g을 조제하였다.
조성물 C의 진세노사이드 함량: Rh2=145mg/g, 기타성분=Rg3 등
< 실시예 3: 단일진세노사이드 Rg3 , Rh1 , Compound K, F2, Rh2의 조제>
실시예 2의 “조성물 A” 10g을 클로로포름/메탄올/물(15:6:1)의 혼합용매를 용출제로 사용하는 실리카겔 칼럼 상에서 크로마토그래피를 2회 반복 수행하여 진세노사이드 Rg3 1.1g과 Rh1 0.1g을 얻었다. 이때 진세노사이드 Rg3의 순도는 98.1%, 진세노사이드 Rh1의 순도는 97.6%였다(HPLC 측정).
실시예 2의 “조성물 B” 10g을 클로로포름/메탄올/물(15:4:0.5)의 혼합용매를 용출제로 사용하는 실리카겔 칼럼 상에서 크로마토그래피를 2회 반복 수행하여 진세노사이드 화합물 K(0.96g) 및 진세노사이드 F2(0.15g)를 얻었다. 이때 화합물 K의 순도는 97.7%, F2의 순도는 97.1%였다(HPLC 측정).
실시예 2의 “조성물 C” 10g을 클로로포름/메탄올/물(15:4:0.5)의 혼합용매를 용출제로 사용하는 실리카겔 칼럼 상에서 크로마토그래피를 2회 반복 수행하여 진세노사이드 Rh2(0.86g)를 얻었다. 이때 진세노사이드 Rh2의 순도는 97.0%였다(HPLC 측정).
< 실시예 4: 단일 진세노사이드 Rb1 , Rb2 , Rc , Rd, Re, Rf , Rg1의 조제>
실시예 1의 “복합 진세노사이드” 50g을 취해 클로로포름/메탄올/물(15:6:1)의 혼합용매를 용출제로 사용하여 실리카겔 칼럼 상에서 크로마토그래피를 3회 반복해서 수행하여 목적하는 분획별로 진세노사이드 Rb1-0.8g, Rb2-0.45g, Rc-0.52g, Rd-0.36g, Re-0.60g, Rf-0.25g, Rg1-0.27g을 얻었다. 이때 단일물질의 순도는 각각 Rb1: 97.5%, Rb2: 96.4%, Rc: 96.2%, Rd: 96.7%, Re: 98.5%, Rf: 97.1%, Rg1: 98.6%였다(HPLC 측정).
<실험시료>
1. 시험물질
혼합물: 홍삼농축액, 복합진세노사이드, 조성물 A, 조성물 B, 조성물 C
단일 진세노사이드: Rb1, Rb2, Rc, Rd, Re, Rf, Rg1, Rg3, Rh1, F2, 화합물 K, Rh2
2. 배양
균주: 스트렙토코커스 뮤탄스 (Streptococcus mutans; ATCC25175)
배지: BHI broth(Difco, USA)
3. 충치균에 대한 항균활성 측정
시료의 충치균에 대한 항균활성 실험은 한국식품영양학회지(Kor. J. Food & Nutr.13(2), 140(2000)) 및 대한구강보건학회지(19, 447(1995)의 내용을 참고하였다.
실시예 1~4로부터 얻은 진세노사이드 혼합물 및 각종 단일진세노사이드 시료에 대한 항균력 측정은 BHI broth를 스크류 캡 튜브에 취하고 시료를 일정 농도로 첨가한 후 시험균을 4% 되게 접종하여 37℃의 CO2 항온기에서 48시간 동안 배양하면서 경시적인 균의 생육을 분광광도계로 620nm의 흡광도로 측정하였다.
4. 항균활성 측정법
각 진세노사이드의 충치균 저해정도는 표준배지(BHI)에 각각의 진세노사이드 시료를 첨가하여 생육시킨 충치균 배양액의 OD 값을 측정한 것과 표준배지(BHI)에 충치균만을 접종하여 생육시킨 배양액의 OD 값을 나눈 값을 저해율(inhibition rate)로 정하였다.
저해율 %(Inhibition rate) = (1-진세노사이드 첨가배지의 OD 값/표준배지의 OD 값)×100
<항균활성 검사결과>
1) 항균활성검사(antibacterial activity test of ginsenoside mixture)
A. 혼합물
a. 홍삼농축액
시료 홍삼농축액
투입량(㎍) 10,000 5,000
농도 1,000㎍/ml 500㎍/ml
저해도
(inhibition rate)
1일 2일 1일 2일
0% 0% 0% 0%
b. 복합진세노사이드
시료 복합 진세노사이드
투입량(㎍) 10,000 5,000
농도 1,000㎍/ml 500㎍/ml
저해도
(inhibition rate)
1일 2일 1일 2일
0% 0% 0% 0%
c. 조성물 A
시료 조성물 A
투입량(㎍) 1,000 500
농도 100㎍/ml 50㎍/ml
저해도
(inhibition rate)
1일 2일 1일 2일
58% 37% 20% 12%
d. 조성물 B
시료 조성물 B
투입량(㎍) 500 100
농도 50㎍/ml 10㎍/ml
저해도
(inhibition rate)
1일 2일 1일 2일
100% 80% 57% 39%
e. 조성물 C
시료 조성물 C
투입량(㎍) 500 100
농도 100㎍/ml 50㎍/ml
저해도
(inhibition rate)
1일 2일 1일 2일
92% 84% 59% 37%
B. 단일 진세노사이드
a. Rb1, b. Rb2, c. Rc
시료 Rb1, Rb2, Rc 각 1종
투입량(㎍) 10,000 5,000
농도 1,000㎍/ml 500㎍/ml
저해도
(inhibition rate)
1일 2일 1일 2일
0% 0% 0% 0%
d. Rd
시료 Rd
투입량(㎍) 5,000 1,000
농도 500㎍/ml 100㎍/ml
저해도
(inhibition rate)
1일 2일 1일 2일
58% 49% 25% 21%
e. Re
시료 Re
투입량(㎍) 10,000 5,000
농도 1,000㎍/ml 500㎍/ml
저해도
(inhibition rate)
1일 2일 1일 2일
42% 39% 20% 15%
f. Rg1
시료 Rg1
투입량(㎍) 10,000 5,000
농도 1,000㎍/ml 500㎍/ml
저해도
(inhibition rate)
1일 2일 1일 2일
58% 52% 37% 31%
g. Rg3
시료 Rg3
투입량(㎍) 500 100
농도 50㎍/ml 10㎍/ml
저해도
(inhibition rate
1일 2일 1일 2일
50% 38% 24% 17%
i. Rh1
시료 Rh1
투입량(㎍) 1,000 500
농도 100㎍/ml 50㎍/ml
저해도
(inhibition rate)
1일 2일 1일 2일
48% 26% 31% 17%
j. F2
시료 F2
투입량(㎍) 500 100
농도 50㎍/ml 10㎍/ml
저해도
(inhibition rate)
1일 2일 1일 2일
100% 100% 75% 69%
k. 화합물 K
시료 K
투입량(㎍) 100 50
농도 10㎍/ml 5㎍/ml
저해도
(inhibition rate)
1일 2일 1일 2일
100% 100% 83% 78%
l. Rh2
시료 Rh2
투입량(㎍) 500 100
농도 50㎍/ml 10㎍/ml
저해도
(inhibition rate)
1일 2일 1일 2일
100% 92% 71% 40%
2) 검사결과 요약
검사결과 홍삼을 단순 추출한 홍삼농축액과 그로부터 추출한 복합진세노사이드 그리고 단일 진세노사이드들은 항균효과가 거의 없었다(Rg3 예외). 홍삼에 존재하는 진세노사이드 중 Rg3가 상대적으로 항균활성효과가 좋았다. 그러나 Rg3는 일반 홍삼에는 0.03%(0.3mg/g) 내외의 극소량만이 존재한다고 알려져 있어 실제 홍삼이나 홍삼제품에서 충치균 항균효과를 기대하기가 어렵다.
반면 홍삼에서 추출한 진세노사이드를 구조전환한 저분자 진세노사이드들(Compound K, F2, Rh2, Rh1, Rg3)과 이들을 주성분으로 함유하고 있는 조성물(조성물 A, 조성물 B, 조성물 C)은 충치균에 대한 활성이 상대적으로 매우 강하였다.

Claims (11)

1~2개의 단당을 가진 분자량 900 이하 저분자 진세노사이드로서 진세노사이드 화합물 K(compound K), 진세노사이드 Rg3, 진세노사이드 Rh2, 진세노사이드 Rh1 및 진세노사이드 F2 중 1종 이상을 유효성분으로 함유하며, 충치균 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans)에 대해 생육 억제 활성을 나타내는 충치균 생육 억제 조성물
청구항 1에 있어서,
상기 1~2개의 단당을 가진 분자량 900 이하 저분자 진세노사이드는
물 및 인체에 무해한 알코올 용매 중 1종 이상을 인삼에 가하여 농축액을 제조하는 단계;
흡착수지를 이용하여 상기 농축액을 부분 정제하여 복합 진세노사이드를 얻는 단계; 및
상기 복합 진세노사이드에 글루코시드 결합을 절단하는 효소 및 유기산 중 1종 이상을 처리하여 당을 일부 제거하는 단계;를 거쳐 얻어진 것임을 특징으로 하는 충치균 생육 억제 조성물
청구항 1에 있어서,
상기 1~2개의 단당을 가진 분자량 900 이하 저분자 진세노사이드는 5㎍/㎖ 내지 100㎍/㎖ 농도임을 특징으로 하는 충치균 생육 억제 조성물
청구항 1에 있어서,
상기 1~2개의 단당을 가진 분자량 900 이하 저분자 진세노사이드는 농도가 5ppm 이상임을 특징으로 하는 충치균 생육 억제 조성물
청구항 2에 있어서,
상기 인삼은 고려인삼(Panax ginseng), 전칠삼(Panax notoginseng), 미국삼(Panax quiquefolius), 수삼, 백삼, 홍삼, 흑삼, 흑홍삼 또는 그 추출물임을 특징으로 하는 충치균 생육 억제 조성물
청구항 2에 있어서,
글루코시드 결합을 절단하는 효소는 글루코시다제 및 갈락토시다제 중 선택된 1종 이상임을 특징으로 하는 충치균 생육 억제 조성물
청구항 1에 있어서,
상기 조성물은 액상, 크림상, 페이스트상 또는 고체상임을 특징으로 하는 충치균 생육 억제 조성물
청구항 1의 충치균 생육 억제 조성물을 함유하는 치약 조성물
청구항 1의 충치균 생육 억제 조성물을 함유하는 구강세척제 조성물
청구항 1의 충치균 생육 억제 조성물을 함유하는 식품 조성물
청구항 10에 있어서,
상기 조성물은 껌임을 특징으로 하는 식품 조성물
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