最终稿切片马铃薯护色方法研究 1.docx
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最终稿切片马铃薯护色方法研究1
南阳理工学院
本科生毕业论文
学院（系）：
生物与化学工程学院
专业：
食品科学与工程
学生：
指导教师：
完成日期2014年5月
南阳理工学院本科生毕业论文
切片马铃薯护色方法研究
PreventionofDiscolorationofPotatoSlice
总计：
毕业论文24页
表格：
20个
插图：
20幅
南阳理工学院本科毕业论文
切片马铃薯护色方法研究
PreventionofDiscolorationofPotatoSlice
学院（系）：
生物与化学工程学院
专业：
食品科学与工程
学生姓名：
指导教师（职称）：
评阅教师：
完成日期：
2014年5月16日
切片马铃薯护色方法研究
食品科学与工程某某某
[摘要]以马铃薯为试验材料，研究不同种类护色剂对切片马铃薯颜色的影响。
设计单因素试验、搭配试验和正交试验方案，通过测定褐变程度和多酚氧化酶活力比较护色剂的护色效果。
结果表明：
单因素试验中，有5种护色剂有明显效果，护色效果由强到弱排列亚硫酸氢钠>柠檬酸>L-半胱氨酸>磷酸>乳酸。
搭配试验中，护色效果由强到弱排列柠檬酸与亚硫酸氢钠>柠檬酸与L-半胱氨酸>柠檬酸与氯化钠>柠檬酸与抗坏血酸。
正交试验优化护色配方，护色效果最理想的搭配是柠檬酸0.8%，亚硫酸氢钠0.05%，氯化钠0.4%。
该配方下7天后的褐变程度0.105，检测无酶活。
[关键词]护色剂；马铃薯；多酚氧化酶；褐变
PreventionofDiscolorationofPotatoSlice
FoodScienceandEngineeringMajorZHAOTingting
Abstract:
Theeffectofcolorprotectingliquiconpotatoslicewasstudied.Singlefactordesign,two-factordesignandorthogonaldesignwereemployedtoanalyzethecolorprotectingeffectionbydeterminingthebrowningdegree,andthePPOactivaty.Theresultshowedthat:
5kindsofcolorprotectingliquidhadsignificantprotectingeffectionwhichwereorderedassodiumbisulfite〉citricacid〉L-cys〉phosphate〉lacticacidphosphate.Composingoftwocolorprotectingliquicalsohadobviouseffection.whichwereorderdascitricacid+sodiumbisulfite〉citricacid+L-cys〉citricacid+sodiumchloride〉citricacid+Vc.Theoptimizedformulawascitricacid0.8%,sodiumbisulfite0.1%,sodiumchloride0.4%.TheBDwas0.105bystored7d,andthePPOactivetynotbetested.
Keywords:
colorfixatives；potato；PPO；browning
1文献综述
1.1鲜切马铃薯
鲜切果蔬是以新鲜果蔬为原料，经清洗去皮，切分包装等加工而制成的即食果蔬加工制品。
鲜切果蔬是顺应时代发展而诞生的轻加工食品，是一种仍具有呼吸代谢等生命活动的生鲜食品，新鲜果蔬切割后产生一系列的生理生化变化，这些变化对鲜度品质乃至营养成分都将产生很大影响[1]。
随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快，在国外已流行多年的半加工果蔬，以其新鲜、洁净、方便等特点，在国内也越来越受到消费者的欢迎。
马铃薯又名土豆，是重要的粮食、蔬菜兼用作物。
是人们日常生活中经常食用的菜肴，营养丰富，也有一定的药用价值，且在工业上是制作淀粉的主要原料。
鲜切马铃薯是指：
新鲜的马铃薯经过修整、去皮并切割成100%可利用的产品，这些产品采用预先包装，为消费者提供高营养、方便和良好的新鲜产品[2]。
我国每年的果蔬产量居世界的第一位，新鲜的果蔬的腐烂损耗率较高，马铃薯作为主要食用作物，对其护色保鲜是必不可少，我国是世界马铃薯主产国之一。
但其加工过程中常常发生果肉黄色、褐色或黑色变化使马铃薯失去天然的色泽，影响感官，破坏产品的风味和营养。
1.2马铃薯的褐变机理
鲜切马铃薯在加工和储存过程中易发生褐变。
这是由鲜切马铃薯由于切分造成机械损伤导致组织细胞破裂，使细胞内的化学成分在酶的作用下相互作用，迅速产生褐变，引起外观色泽的变化，同时改变风味，造成营养物质损失，降低鲜切马铃薯的商品价值和食用价值[3]。
酶促褐变是指在有氧条件下，多酚氧化酶（PPO，Polyphenoloxidase）催化酚类物质反应成为醌类物质及其聚合物，醌自发集合并和细胞内蛋白质氨基酸基团反应，产生黑色和褐色的物质。
酶促褐变是一个复杂的过程，分为两个阶段。
其中第一阶段由PPO介导，导致醌类形成（颜色轻微变化），二醌通过非酶促反应形成褐色复合物。
为此抑制马铃薯的褐变就显得尤为重要。
为了解决这一问题，人们对果蔬产品的褐变原理和防止方法进行了许多深入的研究。
其中，化学方法一直是应用最为广泛地抑制酶促褐变的方法。
在试验研究中，已有很多种化合物被证实可抑制酶促褐变，降低褐变程度（BD，Browningdegree）。
1.3马铃薯的护色方法及影响因素
1.3.1护色方法
（1）化学方法
化学方法利用化合物抑制酶活性，去除底物或作为竞争底物。
现市场上流通的鲜切马铃薯多为化学方法护色保鲜[4]。
使用护色剂是一种常用的化学护色手段，将马铃薯切片后立即转入护色液中浸泡一定时间取出，沥干后真空包装，或者直接将护色液与马铃薯一同包装，在消费者食用时再将护色液去除[5]。
（2）物理方法
物理方法包括降温、降低氧气含量、辐射处理、可食性涂膜、热烫高压处理等。
1.3.2部分护色剂护色机理
护色剂有很多种，例如：
柠檬酸、酒石酸、苹果酸、抗坏血酸、EA、L-半胱氨酸、环糊精、EDTA缩聚磷酸盐、4-己基间苯二酚、硼酸、四硼酸钠、硫脲、硼酸钠、偏磷酸、氯化钾、氯化铁、氯化钡、氯化钠、苯甲酸钠、蜂蜜、香豆酸、阿魏酸、聚乙烯毗咯烷酮、已基黄原酸钠、曲酸、环糊精、亚硫酸氢钠等。
酸化剂例如柠檬酸、苹果酸是通过降低pH抑制酶活，多数多酚氧化酶的最适pH在6-7之间，在pH在3以下几乎检测不到酶活[6]。
多酚氧化酶无活性或酶活受到抑制，就可以减弱抑制马铃薯的褐变。
还原剂例如L-半胱氨酸、抗坏血酸，可将多酚氧化酶酶中Cu2+还原成Cu+，从而抑制PPO的活性，也可能在PPO反应产物变成黑色之前与之反应，也可以将醌类物质还原成无色的酚类物质阻断酶促褐变的进行[7]。
其他护色剂例如亚硫酸氢钠，护色机理非常复杂，会不可逆的破坏酚酶活性，也有还原效果，在有氧的条件下可以被消耗。
1.3.3影响因素
多酚氧化酶的反应，以Cu2+为辅基，以O2为受氢体，一元酚和二元酚为底物进行反应。
也就是说酶促褐变所需的基本条件：
活性PPO、O2和酚类底物的存在。
所以抑制马铃薯的褐变主要控制的是多酚氧化酶[8]。
多酚氧化酶的主要影响因素：
温度、pH、底物浓度、氧气浓度。
1.4马铃薯护色研究进展
国内外对鲜切果蔬方面的研究很多，主要集中在对鲜切果蔬的护色保鲜研究上。
周静亚[9]研究了3种复合保鲜剂对抑制马铃薯净菜褐变效果的研究，结果表明：
生姜和大蒜提取物可有效保持马铃薯的色泽。
生姜提取物有望成为一种新型纯天然净菜褐变抑制剂。
吕运萍[10]研究了臭氧和异抗坏血酸钠处理对鲜切马铃薯保鲜效果的影响，结果表明：
臭氧水处理可以有效杀灭微生物，异抗坏血酸钠处理可明显减少鲜切马铃薯中抗坏血酸的损失，抑制褐变对，细菌的生长繁殖有一定的抑制作用，对失重率没有影响。
臭氧和异抗坏血酸钠之间的交互作用不明显，两者一同处理鲜切马铃薯不影响各自的保鲜效果。
海萍[11]研究了抗褐变剂对鲜切马铃薯保鲜技术，结果表明：
抗坏血酸和氯化钙，均有抑制褐变的功能且0.5%抗坏血酸0.3%氯化钙效果最好。
姚晓敏[12]研究了马铃薯褐变的控制，结果表明：
马铃薯的褐变与多酚氧化酶的活性呈正相关，PPO受多种因素的影响，pH、温度、护色剂等所以可采取将pH控制，在4.1以下，多种护色剂使用优于一种的使用。
王娟慧[13]研究了马铃薯净菜的保鲜研究，结果表明各因素的重要性次序是：
苹果酸>氯化钙>D异抗坏血酸钠。
苹果酸和氯化钙的浓度越高，对褐变的抑制效果越好，而D异抗坏血酸钠则以低浓度为宜。
李鑫熠[14]研究了鲜切马铃薯片复合护色剂工艺优化，结果表明：
切马铃薯片复合护色剂配比为氯化钙0.1％，柠檬酸0.2％，抗坏血酸0.15％，同时包装方法采用真空包装，储运方式选择冷链储藏（4℃），可保持马铃薯片7d颜色基本无变化，但产品菌落总数超标。
切马铃薯片经过复合护色剂处理后，采用二氧化氯浓度40mg/L，处理10min，对鲜切马铃薯片具有良好的杀菌效果，产品能够保持7d货架期。
1.5本文研究内容
本文以马铃薯作为材料，选择柠檬酸、乳酸、磷酸、苹果酸、抗坏血酸、L-半胱氨酸、亚硫酸氢钠、氯化钠8种护色剂进行单因素试验。
通过可见分光光度计法测定褐变程度，并评价样品感官。
选择柠檬酸与L-半胱氨酸、亚硫酸氢钠、氯化钠和抗坏血酸进行搭配实验，以感官状态、褐变程度和多酚氧化酶的活性为指标，比较抑制褐变的效果，从中选择效果好的护色剂进行的正交试验优化，得出最佳的护色配方。
2材料与方法
2.1材料
2.1.1材料与试剂
马铃薯，市售；
磷酸氢二钠（分析纯）
天津市天力化学试剂有限公司
磷酸二氢钠（分析纯）
天津市德恩化学试剂有限公司
邻苯二酚（分析纯）
天津市化学试剂三厂
亚硫酸氢钠（分析纯）
天津市德恩化学试剂有限公司
抗坏血酸（分析纯）
天津市化学试剂三厂
氯化钠（分析纯）
天津市德恩化学试剂有限公司
柠檬酸（分析纯）
天津市天力化学试剂有限公司
L-半胱氨酸（生化试剂）
天津市科密欧化学试剂有限公司
磷酸（分析纯）
天津市德恩化学试剂有限公司
乳酸（分析纯）
天津市德恩化学试剂有限公司
苹果酸（食品级）
2.1.2主要设备
721可见分光光度计
上海菁华科技有限公司
FA1004型电子天平
上海良平仪器表有限公司
HHS-6S型电子恒温不锈钢水浴锅
上海宜昌仪器纱筛厂
TGL-16C型高速台式离心机
上海安亭科技仪器厂制造
101-2A型电热鼓风干燥箱
天津市泰斯特仪器有限公司
2.2试验方案
2.2.1工艺流程[15-16]
马铃薯→清洗→去皮→切片→护色→沥干→包装（保鲜膜）→储存→测定。
↑
护色液的配制
操作要点：
（1）原材料的挑选
需选择成熟的、肉质丰富、组织紧密、色泽鲜明，无机械损伤、化学损害、和缺陷的马铃薯。
（2）原料处理
清洗马铃薯，用不锈钢的去皮器去皮，再用刀将马铃薯切成相等厚度的圆片。
（3）护色液的配制
选择不同的试剂，按照一定的浓度梯度配制成护色液。
（4）护色
将切片后的马铃薯迅速投入备用的护色液于浸泡15min后，取出沥干水分，用保鲜膜包裹。
（5）储藏
放入冰箱冷藏储存（4℃），7d。
（6）测定
放入冰箱冷藏储存，每天取一块观察其外观变化，并在波长410nm下测定保藏期内的褐变强度（BD）、多酚氧化酶（PPO）活性，连续测定7d。
2.2.2护色剂的配制
（1）单因素试验
选取柠檬酸、抗坏血酸、L-半胱氨酸、乳酸、苹果酸、磷酸、亚硫酸氢钠和氯化钠为护色剂配制成护色液。
其中柠檬酸、抗坏血酸、乳酸、苹果酸、磷酸、亚硫酸氢钠和氯化钠的浓度梯度为0.5%、1%、1.5%、2%。
L-半胱氨酸浓度梯度为0.18%、0.36%、0.54%、0.72%。
以水处理样品为对照试验。
以褐变程度和感官为指标评价护色效果。
（2）两种护色剂搭配
选取氯化钠、抗坏血酸、L-半胱氨酸、亚硫酸氢钠分别与柠檬酸搭配，以水处理样品为对照试验搭配试验方案分别如表1、表2、表3、表4所示。
以褐变程度和PPO酶活为指标评价护色效果。
表1护色剂搭配试验表
试验号
氯化钠（%）
柠檬酸（%）
1
1
1
2
2
1
3
1
1.5
4
2
1.5
表2护色剂搭配试验表
试验号
抗坏血酸（%）
柠檬酸（%）
1
0.5
1
2
1
1
3
0.5
1.5
4
1
1.5
表3护色剂搭配试验表
试验号
L-半胱氨酸（%）
柠檬酸（%）
1
0.3
1
2
0.5
1
3
0.3
1.5
4
0.5
1.5
表4护色剂搭配试验表
试验号
亚硫酸氢钠（%）
柠檬酸（%）
1
1
0.5
2
1
0.8
3
1.5
0.5
4
1.5
0.8
（3）正交试验
选取效果较好的护色剂进行正交试验，试验方案及因素水平如表5所示。
以褐变程度和PPO酶活为指标评价护色效果，每种配方重复一次。
表5正交试验方案及因素水平表
试验号
因素
A
B
C
柠檬酸（%）
亚硫酸氢钠（%）
氯化钠（%）
1
1（0.4）
1（0.05）
1（0.2）
2
1
1
2（0.4）
3
2（0.8）
2（0.1）
1
4
2
2
2
5
1
2
1
6
1
2
2
7
2
1
1
8
2
1
2
2.2.3检测方法
（1）观察外观[17]
表6感官鉴定表
褐变程度
感官
褐变等级
无
色泽鲜亮
0
轻
有灰色
1
中等
微红褐色
2
严重
浅红褐色
3
非常严重
红褐色
4
（2）褐变强度（BD）的测定[18]
取样（3g）→研磨→加水（冰水）→匀浆→定容（50mL）→离心→上清液→测定（在410nm处比色），以410nm下溶液吸光值表示褐变程度（BD）。
（3）多酚氧化酶（PPO）活性测定[19-22]：
称取待测样品1g，研碎，加10mL冰水，搅拌均匀，取适量均浆进行离心处理（5000r／min），离心10min，离心液即为粗酶液。
分别取25℃水浴恒温的粗酶液1mL、pH值6.8的磷酸盐缓冲液2mL及1mL0.1g/mL邻苯二酚溶液，混匀于410nm处比色，记录其吸光度值。
每隔30s测一次，共测6次，计算波长变化平均值ΔA。
PPO相对活力的定义为：
1g蔬菜中的PPO在特定温度、特定波长、一定的反应时间内的吸光度值变化。
3结果与讨论
3.1单因素试验
3.1.1柠檬酸
柠檬酸对马铃薯感官影响如表7所示，样品褐变程度随时间变化如图1所示。
由图1可知，在贮藏初期，柠檬酸处理过的样品的褐变程度均小于空白样品。
通过柠檬酸溶液处理过的鲜切马铃薯片其褐变得到了抑制，溶液浓度越高护色效果越好，低浓度的酸可能是使溶液的pH降至PPO的最适pH，所以会促进褐变。
柠檬酸通过降低pH以及螯合多酚氧化酶中的Cu+2来抑制PPO，以此来抑制马铃薯的褐变，是应用最广泛的护色剂，由表7可知柠檬酸浓度过大时，马铃薯片会变得过白失真，软化。
表7柠檬酸对马铃薯感官影响
溶液浓度（%）
储藏时间（d）
1
2
3
4
5
6
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0
水
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1
2
2
3
3
4
图1柠檬酸对马铃薯褐变程度的影响
3.1.2乳酸
乳酸对马铃薯感官影响如表8所示，样品褐变程度随时间变化如图2所示。
由图2可知，在贮藏初期，乳酸酸处理过的样品的褐变程度均小于空白样品。
通过乳酸溶液处理过的鲜切马铃薯片其褐变得到了抑制，溶液浓度越高护色效果越好，低浓度的酸可能是使溶液的pH降至PPO的最适pH，所以会促进褐变。
乳酸通过降低pH来抑制PPO，以此来抑制马铃薯的褐变，由表8可知，乳酸浓度过大时，马铃薯片会变得过白失真，软化。
表8乳酸对马铃薯感官影响
溶液浓度（%）
储藏时间（d）
1
2
3
4
5
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0
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0
0
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1
2
2
4
4
4
图2乳酸对马铃薯褐变程度的影响
3.1.3磷酸
磷酸对马铃薯感官影响如表9所示，样品褐变程度随时间变化如图3所示。
由图3可知，在贮藏初期，磷酸处理过的样品的褐变程度均小于空白样品。
通过磷酸溶液处理过的鲜切马铃薯片其褐变得到了抑制，溶液浓度越高护色效果越好，低浓度的酸可能是使溶液的pH降至PPO的最适pH，所以会促进褐变。
磷酸通过降低pH，以此来抑制马铃薯的褐变，是应用最广泛的护色剂由表7可知磷酸浓度过大时，马铃薯片会变得过白失真，软化。
磷酸是无机酸，并且磷酸护色马铃薯会使马铃薯产生不好风味，消费者不易接受。
表9磷酸对马铃薯感官影响
溶液浓度（%）
储藏时间（d）
1
2
3
4
5
6
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0.5
1
1
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1.5
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1
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0
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0
0
0
0
水
1
1
2
2
4
5
5
图3磷酸对马铃薯褐变程度的影响
3.1.4苹果酸
苹果酸对马铃薯感官影响如表10所示，样品褐变程度随时间变化如图4所示。
由图4可知，在贮藏初期，苹果酸处理过的样品的褐变程度小于或等于空白样品。
通过苹果酸溶液处理过的鲜切马铃薯片其褐变得到了抑制，溶液浓度越高护色效果越好，苹果酸的酸性不强，浓度较高时也会促进褐变，所以苹果酸在很高浓度才有效果。
低浓度的酸可能是使溶液的pH降至PPO的最适pH，所以会促进褐变。
苹果酸通过降低pH，以此来抑制马铃薯的褐变。
表10苹果酸对马铃薯感官影响
溶液浓度（d）
储藏时间（d）
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2
3
4
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1
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5
5
5
图4苹果酸对马铃薯褐变程度的影响
3.1.5抗坏血酸
抗坏血酸对马铃薯感官影响如表11所示，样品褐变程度随时间变化如图5所示。
由图5可知在储藏初期抗坏血酸溶液处理过的鲜切马铃薯片褐变几乎没有得到抑制，等同于空白样品。
抗坏血酸的作用机理是还原醌成无色酚，阻止醌类物质进一步发展为色素，或是将酶中Cu2+还原成Cu+，从而抑制PPO的活性。
所以抗坏血酸是被消耗的，护色效果是暂时的，在氧气多的情况下抗坏血酸会很快的被消耗，而且抗坏血酸不能渗透马铃薯组织，只附在表面，所以很快被破坏。
表11抗坏血酸对马铃薯感官影响
溶液浓度（%）
储藏时间（d）
1
2
3
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0.5
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4
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4
图5抗坏血酸对马铃薯褐变程度的影响
3.1.6L-半胱氨酸
L-半胱氨酸对马铃薯感官影响如表12所示，样品褐变程度随时间变化如图6所示。
由图5可知在储藏初期L-半胱氨酸溶液处理过的鲜切马铃薯片褐变得到有效抑制，样品的褐变程度小于空白样品，溶液浓度越高护色效果越好。
L-半胱氨酸与醌类化合物发生加成反应，产生无色加合物，使它不再进一步形成黑色素，同时作为还原剂，消耗氧气进而抑制PPO，双重作用，效果显著，但是价格昂贵。
表12L-半胱氨酸对马铃薯感官影响
溶液浓度（%）
储藏时间（d）
1
2
3
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0.18
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1
2
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0.54
0.72
0
0
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
2
1
水
1
2
3
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图6L-半胱氨酸对马铃薯褐变程度的影响
3.1.7亚硫酸氢钠
亚硫酸氢钠对马铃薯感官影响如表13所示，样品褐变程度随时间变化如图7所示。
通过亚硫酸氢钠溶液处理过的鲜切马铃薯片其褐变得到了明显抑制，样品的褐变程度小于空白样品，溶液浓度越高护色效果越好，浓度达到1%就导致马铃薯过白失真。
如图7所示低浓度的亚硫酸氢钠护色效果就很明显，使用浓度过高，失真明显。
亚硫酸氢钠是常用的护色剂，其对PPO作用的机理较复杂，它能够不可逆与醌生成无色的加成产物，又可以不可逆地直接作用于酶，降低其作用于一元酚和二元酚的活力。
其对PPO有不可逆的抑制作用。
表13亚硫酸氢钠对马铃薯感官影响
溶液浓度（%）
储藏时间（d）
1
2
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0
0
水
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3
图7亚硫酸氢钠对马铃薯褐变程度的影响
3.1.8氯化钠
氯化钠对马铃薯感官影响如表14所示，样品褐变程度随时间变化如图8所示。
由图8可知储藏初期氯化钠溶液处理过的鲜切马铃薯片褐变得到抑制，样品的褐变程度几乎等同空白样品，溶液浓度越高护色效果变好。
氯化钠是弱抑制剂，与PPO中的Cu+2发生交互作用。
氯化钠是消费者容易接受的护色剂。
表14氯化钠对马铃薯感官影响
溶液浓度（%）
储藏时间（d）
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