《味精的生产技术》PPT课件.ppt

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味 精 的 概 述 基 本 介 绍 味 精 又 称 味 素 , 是 调 味 料 的一 种 , 主 要 成 分 为 谷 氨 酸 钠 。 要 注 意 的 是如 果 在 100 以 上 的 高 温 中 使 用 味 精 , 鲜 味 剂 谷 氨 酸 钠 会 转 变 为 对 人 体 有 致 癌 性 的 焦谷 氨 酸 钠 。 还 有 如 果 在 碱 性 环 境 中 , 味 精会 起 化 学 反 应 产 生 一 种 叫 谷 氨 酸 二 钠 的 物质 。 所 以 要 适 当 地 使 用 和 存 放 。 谷 氨 酸 钠是 一 种 氨 基 酸 谷 氨 酸 的 钠 盐 。 是 一 种 无 嗅无 色 的 晶 体 , 在 232 C时 解 体 熔 化 。 谷 氨酸 钠 的 水 溶 性 很 好 , 在 100毫 升 水 中 可 以 溶解 74克 谷 氨 酸 钠 。 味 精 的 概 述 化 学 名 称 谷 氨 酸 钠 ( C5H 8NO4Na) , 又 叫 麸 氨酸 钠 。 是 氨 基 酸 的 一 种 , 也 是 蛋 白 质 的 最 后 分 解 产物 。 味 精 是 采 用 微 生 物 发 酵 的 方 法 由 粮 食 制 成 的 现代 调 味 品 。 谷 氨 酸 的 来 源 谷 氨 酸 是 一 种 普 遍 的 氨 基 酸 :人 体 自 产 谷 氨 酸 , 它 主 要 以 络 合 状 态 存 在 于 富 含 蛋白 质 的 食 物 中 , 如 蘑 菇 、 海 带 、 西 红 柿 、 坚 果 、 豆类 、 肉 类 , 以 及 大 多 数 奶 制 品 。 部 分 食 物 中 的 谷 氨酸 以 自 由 形 态 存 在 ; 并 且 只 有 这 种 自 由 形 态 的谷 氨 酸 盐 能 够 增 强 食 物 的 鲜 味 。 西 红 柿 、 发 酵 的 大豆 制 品 、 酵 母 提 取 物 、 某 些 尖 奶 酪 , 以 及 发 酵 或 水解 蛋 白 质 产 品 ( 如 酱 油 或 豆 酱 ) 所 能 带 来 的 调 味 作用 中 , 部 分 归 功 于 谷 氨 酸 的 存 在 。 生 产 原 料 发 酵 生 产 谷 氨 酸 的 原 料 有 淀 粉 质 原 料 : 玉 米 、 小 麦 、 甘 薯 、 大 米 等 。 其 中 甘 薯 和 淀 粉最 为 常 用 ; 大 米 进 行 浸 泡 磨 浆 , 再 调 成 15Bx, 调 pH 6.0, 加 细 菌 a-淀 粉 酶 进 行 液 化, 85 30min, 加 糖 化 酶 60 糖 化 24h, 过 滤 后 可 供 配 制 培 养 基 。 糖 蜜 原 料 : 甘 蔗 糖 蜜 、 甜 菜 糖 蜜 ; 糖 蜜 原 料 : 不 宜 直 接 用 来 作 为 谷 氨 酸 发 酵 的 碳 源 , 因 含 丰 富 的 生 物 素。 预 处 理 方 法 : 活 性 碳 或 树 脂 吸 附 法 和 亚 硝 酸 法 吸 附 或 破 坏 生 物 素 。 也可 以 在 发 酵 液 中 加 入 表 面 活 性 剂 吐 温 60或 添 加 中 青 霉 素 。 氮 源 料 : 尿 素 或 氨 水 。 国 内 常 用 的 谷 氨 酸 生 产 菌 种( 1) 北 京 棒 杆 菌 AS1.299 ( 2) 北 京 棒 杆 菌 7338 ( 3) 北 京 棒 杆 菌 D110 (4)棒 杆 菌 S-914 ( 5) 钝 齿 棒 杆 菌 AS1.542 ( 6) 钝 齿 棒 杆 菌 H U7251 ( 7) 钝 齿 棒 杆 菌 B9 ( 8) 钝 齿 棒 杆 菌 B9-17-36 ( 9) 黄 色 短 杆 菌 T6-13 (10)黄 色 短 杆 菌 FM84-415这 些 菌 株 多 数 具 有 产 酸 高 、 耐 高 温 、 生 长 快 、 转 化率 高 、 生 产 周 期 短 的 特 点 。 谷 氨 酸 的 发 酵 机 理 谷 氨 酸 发 酵 机 理 主 要 有 糖 酵 解 途径 ( EMP途 径 ) 、 磷 酸 己 糖 途 径( H MP途 径 ) 、 三 羧 酸 循 环 (TCA) 、 乙 醛 酸 循 环 、 伍 德 -沃 克曼 反 应 ( CO2的 固 定 反 应 ) 等 。 谷 氨 酸 发 酵 技 术 一 、 淀 粉 水 解 糖 制 取 淀 粉 的 水 解 方 法 有 : 酸 水 解 法 、 酶 水 解 法 、 酸酶 水 解 法 和 酶 酸 水 解 法 4种 。 1、 酸 解 法 1) 淀 粉 的 酸 解 反 应 以 无 机 酸 为 催 化 剂 , 使 淀 粉 发 生 水 解 反 应 生 成 葡 萄 糖 的 过 程 , 称为 淀 粉 的 酸 解 。 2) 葡 萄 糖 的 复 合 反 应 淀 粉 酸 解 过 程 中 生 成 的 葡 萄 糖 , 在 酸 、 加 热 和 催 化 作 用 下 , 主 要通 过 -1, 6糖 苷 键 连 接 成 异 麦 芽 糖 和 经 -1, 6糖 苷 键 连 接 成 龙 胆二 糖 , 这 种 反 应 称 为 复 合 反 应 。 3) 葡 萄 糖 的 分 解 反 应 4) 酸 解 淀 粉 工 艺 流 程 5) 糖 化 条 件 的 控 制 ( 包 括 : 淀 粉 乳 浓 度 的 控 制 、 酸 的 种 类 和 用量 、 糖 化 温 度 和 时 间 、 糖 化 锅 结 构 、 加 酸 方 式 、 糖 化 终 点 的 判 断、 酸 解 液 的 中 和 除 杂 、 酸 解 液 的 中 和 、 水 解 糖 液 的 质 量 要 求 ) 2、 酶 水 解 法-淀 粉 酶 将 淀 粉 水 解 成 糊 精 和 低 聚 糖 , 然 后 再 用 糖 化酶 将 糊 精 和 低 聚 糖 进 一 步 水 解 成 葡 萄 糖 的 方 法 , 称 为酶 解 法 。1) 淀 粉 的 液 化( 1) -淀 粉 酶 的 水 解 作 用( 2) 液 化 条 件 ( 生 产 上 采 用 30%-35%淀 粉 乳 浓 度 , 加 酶 同 时加 入 一 定 量 Ca离 子 , 然 后 再 85-90 下 进 行 液 化 )( 3) 液 化 方 法 ( 国 内 目 前 较 为 普 遍 采 用 的 是 一 次 升 温 液 化 法和 连 续 进 出 料 液 化 法 )( 4) 液 化 程 度 的 控 制 ( 液 化 程 度 应 控 制 在 20-30个 葡 萄 糖 单 位 的 底 物 分 子 为 宜 , 根 据 糖 化 酶 对 底 物 分 子 大 小 的 要 求 , 应 以 液化 液 与 碘 液 显 棕 色 反 应 为 液 化 终 点 ) 2) 糖 化( 1) 糖 化 酶 的 水 解 作 用( 2) 糖 化 酶 的 来 源 ( 工 业 上 生 产 的 糖 化 酶 , 主 要 来 源 于 曲 霉 、 根 霉 和 拟 内 孢 霉 。 曲 霉 中 以 黑 曲 霉 产 酶 活 力 较 高 , 酶 的 稳 定 性也 好 , 能 在 较 高 温 度 和 较 低 pH条 件 下 进 行 反 应 )( 3) 糖 化 工 艺将 30%淀 粉 乳 的 液 化 泵 入 带 有 搅 拌 器 和 保 温 装 置 的 开 口 桶 内 ,按 每 1g淀 粉 加 80-100U糖 化 酶 计 算 加 入 糖 化 酶 , 然 后 在 一 定 pH和 一 定 温 度 下 进 行 糖 化 , 48h后 , 用 无 水 酒 精 检 查 糖 化 是 否 完全 。 糖 化 结 束 , 升 温 至 80 , 加 热 20min, 杀 灭 糖 化 酶 。 糖 化时 的 温 度 和 pH取 决 于 糖 化 酶 制 剂 的 性 质 。 3) 酸 酶 水 解 法 针 对 坚 硬 的 果 料 : -淀 粉 酶 短 期 内 很 难 使 坚 硬 果 料 液 化完 全 。 用 酸 酶 水 解 法 可 以 提 高 液 化 速 度 , 缩 短 淀 粉 水 解时 间 。酸 酶 法 的 操 作 工 艺 : 将 30%淀 粉 乳 在 ph2.5、 0.25MPa压力 下 , 酸 解 25-30min, 用 碘 液 检 验 酸 解 终 点 。 酸 解 结 束 ,将 酸 解 液 降 温 , 并 调 节 Ph至 4.8, 加 入 糖 化 酶 后 , 在55 下 糖 化 48h, 用 无 水 酒 精 检 验 糖 化 终 点 , 糖 化 结 束 ,升 温 灭 酶 。 4) 酶 酸 水 解 法 像 碎 米 大 小 不 一 的 淀 粉 原 料 , 采 用 酸 解 法 水 解 , 水 解液 不 均 匀 , 无 法 确 定 水 解 终 点 。 用 酸 酶 水 解 法 可 以 解决 这 一 矛 盾 。( 1) 先 用 自 来 水 将 碎 米 洗 净 , 用 水 浸 泡 3-4h, 然 后 磨 成 80目 细 粉 ,调 节 粉 浆 浓 度 至 23%-24%, 接 着 加 入 -淀 粉 酶 和 氯 化 钙 , 并 调 节ph6.2-6.4, 氯 化 钙 加 入 量 为 3g/L粉 浆 , -淀 粉 酶 用 量 以 每 1g干 碎 米添 加 5-8U计 算 。( 2) 往 液 化 锅 内 加 入 水 底 , 以 浸 没 液 化 锅 内 蒸 汽 加 热 管 为 度 , 然后 将 底 水 加 热 至 80 左 右 , 用 泵 把 调 制 好 的 粉 浆 液 输 到 液 化 锅 内 ,升 温 至 90 , 保 温 20-30min, 以 碘 液 检 验 液 化 终 点 ( 显 棕 色 反 应 )( 3) 液 化 结 束 , 升 温 至 100 , 加 热 5min, 灭 酶 。 然 后 将 液 化 液 过 滤 , 滤 液 用 盐 酸 调 节 ph至 2.0, 在 0.28MPa压 力 下 酸 解 15min, 用 无水 酒 精 检 验 糖 化 终 点 , 无 白 色 沉 淀 物 生 成 时 即 可 出 料 。 谷 氨 酸 生 产 菌 种 子 的 扩 大 培 养 为 了 生 产 大 批 量 的 谷 氨 酸 , 就 需 要 更 多 的 谷 氨 酸 生 产 菌, 因 此 就 必 须 对 谷 氨 酸 生 产 菌 进 行 扩 大 培 养 。 只 要 有 了足 够 的 谷 氨 酸 生 产 菌 , 才 能 得 到 更 多 的 谷 氨 酸 。培 养 目 标将 保 存 在 砂 土 管 、 冷 冻 干 燥 管 中 处 于 休 眠 状 态 的 生 产 菌种 接 入 试 管 斜 面 活 化 后 , 在 经 过 扁 瓶 或 摇 瓶 及 种 子 罐 逐级 放 大 培 养 而 获 得 一 定 数 量 和 质 量 的 纯 种 。培 养 目 的不 但 要 得 到 纯 而 壮 的 培 养 物 , 还 要 获 得 活 力 旺 盛 的 、 性能 稳 定 、 接 种 数 量 足 够 的 、 纯 的 培 养 物 。 1、 种 子 扩 大 培 养 的 目 的 目 的 : 是 要 得 到 纯 而 壮 的 培 养 物 , 获 得 活 力 旺 盛 的 、 接 种 数 量足 够 的 培 养 物 , 缩 短 发 酵 时 间 、 保 证 生 产 水 平 , 为 发 酵 罐 的 投 料提 供 足 够 数 量 的 代 谢 旺 盛 的 种 子 。 因 为 发 酵 时 间 的 长 短 和 接 种 量的 大 小 有 关 , 接 种 量 大 , 发 酵 时 间 则 短 。 将 较 多 数 量 的 成 熟 菌 体接 入 发 酵 罐 中 , 就 有 利 于 缩 短 发 酵 时 间 , 提 高 发 酵 罐 的 利 用 率 ,并 且 也 有 利 于 减 少 染 菌 的 机 会 。 对 于 不 同 产 品 的 发 酵 过 程 来 说 , 必 须 根 据 菌 种 生 长 繁殖 速 度 快 慢 及 生 产 的 规 模 决 定 种 子 扩 大 培 养 的 级 数 。2、 种 子 级 数 的 定 义 种 子 罐 级 数 种 子 罐 级 数 : 是 指 制 备 种 子 需 逐 级 扩 大 培 养 的 次 数 。取 决 于 : 菌 种 生 长 特 性 、 孢 子 发 芽 及 菌 体 繁 殖 速 度 ; 所 采 用 发 酵 罐 的 容 积 斜 面 菌 种 一 级 种 子 培 养 二 级 种 子 培 养 发 酵 罐 种 子 的 扩 大 培 养 ( 一 ) 斜 面 菌 种 的 培 养 菌 种 的 斜 面 培 养 必 须 有 利 于 菌 种 生 长 而 不 产 酸, 并 要 求 斜 面 菌 种 绝 对 纯 , 不 得 混 有 任 何 杂 菌和 噬 菌 体 , 培 养 条 件 应 有 利 于 菌 种 繁 殖 , 培 养基 以 多 含 有 机 氮 而 不 含 或 少 含 糖 为 原 则 。 (1) 斜 面 培 养 基 组 成 葡 萄 糖 0.1 蛋 白 陈 1.0 牛 肉 膏 1.0 氯 化 钠 0.5 琼 脂 2.02.5 PH 7.0 7.2 ( 传 代 和 保 藏 斜 面 不 加 葡 萄 糖 ) (2) 培 养 条 件 : 3334 , 培 养 1824h。 ( 二 ) 一 级 种 子 培 养 一 级 种 子 培 养 的 目 的 在 于 大 量 繁 殖 活 力 强 的 菌 体 , 培 养 基 组 成 应以 少 含 糖 分 , 多 含 有 机 氮 为 主 , 培 养 条 件 从 有 利 于 长 菌 考 虑 。 (1) 培 养 基 组 成 葡 萄 糖 2.5 尿 素 0.5 硫 酸 镁 0.04 磷 酸 氢 二 钾 0.1 玉 米 浆 2.53.5 (按 质 增 减 ) 硫 酸 亚 铁 、 硫 酸 锰 各 2ppm PH 7 0 (2) 培 养 条 件 用 1000mL三 角 瓶 装 入 培 养 基 200mI, 灭 菌 后 置 于 冲 程 7.6cm、 频率 96次 min的 往 复 式 摇 床 上 振 荡 培 养 12h, 培 养 温 度 3334 (3) 一 级 种 子 质 量 要 求 种 龄 : 12h pH值 : 6.4 0.1 光 密 度 : 净 增 OD值 0.5以 上 残 糖 : 0.5 以 下 无 菌 检 查 : (-) 噬 菌 体 检 查 : (-) 镜 检 : 菌 体 生 长 均 匀 、 粗 壮 , 排 列 整 齐 革 兰 氏 阳 性 反 应 。 ( 三 ) 二 级 种 子 培 养 为 了 获 得 发 酵 所 需 要 的 足 够 数 量 的 菌 体 , 在 一 级 种 子 培 养 的基 础 上 进 而 扩 大 到 种 子 罐 的 二 级 种 子 培 养 。 种 子 罐 容 积 大 小 取决 于 发 酵 罐 大 小 和 种 量 比 例 。 (1) 培 养 基 组 成 2)培 养 条 件 接 种 量 : 0.81.0 培 养 温 度 : 3234 培 养 时 间 : 78h (3)二 级 种 子 的 质 量 要 求 种 龄 78h, pH 7.2左 右 , OD值 , 净 增 0 .5左 右 无 菌 检 查 (-) 噬 菌 体 检 查 (-) 如 何 防 止 种 子 染 菌 , 一 旦 染 菌 如 何 检 验 ? 1) 防 止 种 子 带 菌 种 子 带 菌 的 原 因 : 灭 菌 不 彻 底 (如 假 压 ); 移 种 污 染 ; 养 或 保 藏 过 程 中 污 染 ; 无 菌 室 管 理 不 善 。 谷 氨 酸 的 发 酵 在 发 酵 罐 中 进 行 。 适 应 期 , 尿 素 分 解 氨 使 Ph上 升 。 糖 不 利 用 。 2-4小 时 , 接种 量 和 发 酵 条 件 控 制 使 改 期 缩 短 。 对 数 生 长 期 , 糖 耗 快 , 尿 素 大 量 分 解 使 ph上 升 , 氨 被 利用 Ph 又 迅 速 增 大 , 菌 体 形 态 为 排 列 整 齐 的 八 字 形 , 不 产酸 , 12H, 采 取 流 加 尿 素 办 法 及 时 供 给 菌 体 生 长 必 须 的 氮源 及 调 节 ph在 7.5-8.0, 维 持 温 度 30-32 。 菌 体 生 长 停 滞 期 , 谷 氨 酸 合 成 , 糖 和 尿 素 分 解 产 生 、 酮茂 二 酸 和 氨 用 于 合 成 谷 氨 酸 。 及 时 流 加 尿 素 以 提 供 足 够的 氨 并 使 ph维 持 在 7.2-7.4.大 量 通 气 , 控 制 温 度 34-37 。 谷 氨 酸 发 酵 的 环 境 控 制影 响 因 素 1: 生 物 素 谷 氨 酸 发 酵 过 程 中 , 前 期 , 菌 体 的 增 殖 期 ,一 定 量 的 生 物 素 是 菌 体 增 殖 所 必 需 的 ; 而 在 产 物合 成 期 , 则 要 限 制 生 物 素 的 浓 度 , 以 保 证 产 物 的正 常 合 成 。 谷 氨 酸 发 酵 的 环 境 控 制影 响 因 素 2: 供 氧 浓 度 ( 通 气 量 )过 量 : NADPH的 再 氧 化 能 力 会 加 强 , 使 -酮 戊 二 酸 的 还原 氨 基 化 受 到 影 响 , 不 利 于 谷 氨 酸 的 生 成 。供 氧 不 足 : 积 累 大 量 的 乳 酸 , 使 发 酵 液 的 pH值 下 降 , 不 利 于谷 氨 酸 的 产 生 , 同 时 , 一 部 分 葡 萄 糖 转 成 了 乳 酸 , 影响 了 糖 酸 转 化 率 , 降 低 了 产 物 的 提 出 率 。 -酮 戊 二 酸 NADPH 谷 氨 酸 NADPL-谷 氨 酸 脱 氢 酶 谷 氨 酸 发 酵 的 环 境 控 制影 响 因 素 3: NH 4+浓 度过 量 : 菌 体 增 殖 阶 段 会 抑 制 菌 体 生 长 , 产 酸 阶段 谷 氨 酸 会 受 谷 氨 酰 胺 合 成 酶 作 用 转 化 为 谷氨 酰 胺 ;不 足 : 不 利 于 -酮 戊 二 酸 的 还 原 氨 基 化 , -酮 戊 二 酸 积 累 , 引 起 反 馈 调 节 谷 氨 酸 发 酵 的 环 境 控 制影 响 因 素 4: 碳 源 发 酵 液 中 糖 含 量 与 谷 氨 酸 的 发 酵 有 密 切 的 关 系 。 在一 定 范 围 内 , 谷 氨 酸 的 产 量 随 糖 含 量 的 增 加 而 增 加 ,但 糖 含 量 过 高 , 渗 透 压 过 大 , 对 菌 体 生 长 不 利 , 谷 氨酸 对 糖 的 转 化 率 低 。 发 酵 液 中 还 原 糖 的 含 量 一 般 应 控 制 在 10% 13%。 谷 氨 酸 发 酵 的 环 境 控 制影 响 因 素 5: 碳 氮 比 在 谷 氨 酸 发 酵 过 程 中 , 应 正 确 控 制 碳 氮 比 。一 般 在 菌 体 生 长 期 碳 氮 比 应 大 一 些 (氮 低 ) , 在产 酸 期 ,碳 氮 比 应 小 些 (氮 高 ) 。 在 碳 源 和 氮 源 的 比 为 3 1时 , 谷 氨 酸 棒 状 杆菌 会 大 量 合 成 谷 氨 酸 , 但 当 碳 源 和 氮 源 的 比 为4 1时 , 谷 氨 酸 棒 状 杆 菌 只 生 长 而 不 合 成 谷 氨 酸。 谷 氨 酸 发 酵 的 环 境 控 制影 响 因 素 6: 发 酵 温 度 谷 氨 酸 发 酵 前 期 (0 12h)是 菌 体 大 量 繁 殖 阶 段 ,在 此 阶 段 菌 体 利 用 培 养 基 中 的 营 养 物 质 来 合 成 核酸 、 蛋 白 质 等 , 供 菌 体 繁 殖 用 , 而 控 制 这 些 合 成反 应 的 最 适 温 度 均 在 30 32 。在 发 酵 中 、 后 期 , 是 谷 氨 酸 大 量 积 累 的 阶 段 , 而催 化 谷 氨 酸 合 成 的 谷 氨 酸 脱 氢 酶 的 最 适 温 度 在 32 36 , 故 发 酵 中 、 后 期 适 当 提 高 罐 温 对 积 累 谷氨 酸 有 利 。 谷 氨 酸 发 酵 的 环 境 控 制影 响 因 素 7: pH 值pH发 生 变 化 的 主 要 原 因 是 培 养 基 中 营 养 成 分 的 利 用和 代 谢 产 物 的 积 累 。如 当 谷 氨 酸 棒 状 杆 菌 利 用 糖 类 物 质 不 断 生 成 谷 氨 酸时 , 培 养 液 的 pH就 会 下 降 。 而 碱 性 物 质 的 消 耗 和 氨的 生 成 等 则 会 导 致 培 养 液 的 pH上 升 。pH: 前 期 pH( 7.5 8.0) , 中 后 期 pH( 7.0 7.6)。 通 过 采 用 流 加 尿 素 , 氨 水 或 液 氨 等 办 法 调 节 pH,补 充 氮 源 。 谷 氨 酸 发 酵 的 环 境 控 制 谷 氨 酸 发 酵 是 好 气 性 发 酵 , 因 通 风 和 搅 拌 产 生泡 沫 是 正 常 的 , 但 泡 沫 过 多 会 带 来 一 系 列 问 题 : (1) 泡 沫 形 成 泡 盖 时 , 代 谢 产 生 的 气 体 不 能 及 时 排出 , 妨 碍 菌 体 呼 吸 作 用 , 影 响 菌 体 的 正 常 代 谢 ; (2) 泡 沫 过 多 , 发 酵 液 会 外 溢 , 造 成 浪 费 和 污 染 ; (3) 泡 沫 过 多 , 易 冲 上 罐 顶 , 造 成 染 菌 。 因 此 , 在谷 氨 酸 的 发 酵 过 程 中 控 制 好 过 多 的 泡 沫 是 发 酵 成 败的 关 键 。 影 响 因 素 8: 泡 沫 谷 氨 酸 发 酵 的 环 境 控 制影 响 因 素 9: 发 酵 时 间 的 控 制不 同 的 谷 氨 酸 产 生 菌 对 糖 的 浓 度 要 求 也 不 一样 , 其 发 酵 时 间 也 有 所 差 异 。低 糖 (10% 12%)发 酵 , 其 发 酵 时 间 为 3638h,中 糖 (14%)发 酵 , 其 发 酵 时 间 为 45h。 总 结 : 谷 氨 酸 发 酵 过 程 中 , 生 产 菌 种 的 特 性 、生 物 素 、 发 酵 温 度 、 pH值 、 通 风 和 发 酵 产 生的 泡 沫 都 是 影 响 谷 氨 酸 积 累 的 主 要 因 素 。 在实 际 生 产 中 , 只 有 针 对 存 在 的 问 题 , 严 格 控制 工 艺 条 件 , 才 能 达 到 稳 产 、 高 产 的 目 的 。
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