不同茶树品种的径山茶挥发性成分差异研究

摘要：为深入探究不同茶树品种的径山茶挥发性成分差异，采用搅拌棒吸附萃取-气相色谱-质谱联用技术（SBSE-GC-MS）、顶空-气相色谱-离子迁移谱技术（HS-GC-IMS）对径山1号、径山2号、鸠坑种、迎霜和翠峰5个茶树品种的径山茶挥发性成分进行分析。首先，基于GC-MS和GC-IMS分别共鉴定出93种和79种挥发性成分。其次，通过主成分分析（PCA）揭示了不同茶树品种的径山茶挥发性成分之间的差异。最后，运用正交偏最小二乘法判别分析（OPLS-DA）的变量投影重要性（VIP）确定不同品种间的差异挥发性成分，并通过相对香气活度值（ROAV）进一步筛选关键差异挥发性成分。结果表明，在GC-MS和GC-IMS中分别有16种和12种挥发性化合物被鉴定为不同茶树品种径山茶的关键差异挥发性化合物。其中，径山2号的特征挥发性成分包括2-庚醇、茉莉酸甲酯、2-甲基丁醛和2-庚酮等，具有较为明显的清香特征，其含量高于其他品种；径山1号中顺茉莉酮、庚醛和（Z）-3-己烯醇的含量较为丰富；迎霜品种中氧化柠檬烯和戊醛的含量较高。结合感官评价结果表明，径山1号、翠峰和径山2号的香气评分较高。研究揭示了不同茶树品种径山茶的特征性挥发物具有显著差异，为径山茶生产中优质原料的选择提供理论依据，对实现高品质径山茶的精准加工和定向品质控制具有重要价值。

关键词：径山茶；茶叶香气；茶树品种；气相色谱-质谱联用；气相色谱-离子迁移谱

中图分类号：S571.1；S326 文献标识码：A 文章编号：1000-369X（2024）05-747-16

Study on the Differences of Volatile Components in Jingshan Tea from Different Tea Cultivars

HOU Zhiwei1*， LÜ Yongming2，3， MA Kuan4， ZHANG Huiyuan1， GU Zhe1， ZHANG Ran1，

LI Le1， JIN Yugu1， SU Zhucheng1*， CHEN Hongping2*

1. College of Tea Science and Tea Culture， Zhejiang A & F University， Hangzhou 311300， China; 2. Tea Research Institute， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Hangzhou 310008， China; 3. Xiamen Gutemei Biotechnology Co.， Ltd.， Xiamen 361000， China;

4. Hangzhou Jingshan Wufeng Tea Co.， Ltd.， Hangzhou 311123， China

Abstract： To investigate the differences of volatile components in Jingshan tea from different tea cultivars， the stir bar sorptive extraction gas chromatography-mass spectrometry （SBSE-GC-MS）， headspacegas chromatography-ion mobility spectrometry （HS-GC-IMS） were used to analyze the volatile components in Jingshan tea from five tea cultivars， including ‘Jingshan No. 1’， ‘Jingshan No. 2’， ‘Jiukeng’， ‘Yingshuang’ and ‘Cuifeng’. Firstly， a total of 93 volatile components were identified by GC-MS and 79 volatile components by GC-IMS. Secondly， principal component analysis （PCA） was used to reveal the differences in the volatile components of Jingshan tea from different tea cultivars. Finally， orthogonal partial least squares discriminant analysis （OPLS-DA） was used to determine the differential volatile components between different cultivars， and the relative odor activity value （ROAV） was used to further identify the key differential volatile components. The results show that 16 and 12 volatile compounds were identified as the key differential volatile compounds of different tea cultivars by SBSE-GC-MS and HS-GC-IMS respectively. Among them， the characteristic volatile components of ‘Jingshan No. 2’ include 2-heptanol， methyl jasmonate， 2-methyl butanal， and 2-heptanone， which have clear fragrance characteristics and higher contents than other cultivars. The contents of methyl eugenol， hexanal， and （Z）-3-hexen-1-ol in ‘Jingshan No. 1’ were relatively rich. The contents of oxidized limonene and pentanal in ‘Jiukeng’ were relatively higher. The sensory evaluation results indicate that ‘Jingshan No. 1’， ‘Cuifeng’ and ‘Jingshan No. 2’ had higher aroma scores. This study revealed that the characteristic volatile compounds in Jingshan tea from different tea cultivars have significant differences， which provided a theoretical basis for the selection of high-quality raw materials in Jingshan tea production， and had important value for achieving precise processing and targeted quality control of high-quality Jingshan tea.

Keywords： Jingshan tea， tea aroma， tea cultivars， GC-MS， GC-IMS

绿茶具有丰富的风味特征和多种健康益处[1-3]。径山茶是浙江省传统名优绿茶及中国历史文化名茶，主要产自杭州市余杭区[4]，经杀青、理条、揉捻、干燥等工艺制成，具有香气嫩香持久，滋味甘醇鲜爽的品质特点[5]。茶叶品质风味的形成不仅与加工工艺有关，还会受到茶树品种的影响[6]。研究表明，不同茶树品种鲜叶加工制成的绿茶品质各具特色[7]。因此，一些名优绿茶对茶树品种有特别的要求。例如，安吉白茶通常选用白叶一号作为原料[8]，太平猴魁茶通常选用柿大茶作为原料等[9]。

近年来，随着无性系良种的筛选和推广，径山茶主要产区内目前有鸠坑种、迎霜、翠峰、径山1号、径山2号、嘉茗1号、龙井43、浙农117等茶树品种[10]，其中径山1号和径山2号是由中国农业科学院茶叶研究所和杭州市余杭区农业技术推广中心等单位从当地的鸠坑群体种中筛选繁育而成，具有抗逆性强、扦插成活率高[11]等特点。这些新品种的推出，不仅提高了径山茶的市场竞争力，也丰富了产品风味类型。然而，不同茶树品种鲜叶制成的径山茶化学品质特征仍有待探究。

香气是衡量绿茶风味品质的重要因子[12]，不同茶树品种具有不同的遗传背景和代谢途径，所产生的挥发性物质存在差异。Feng等[7]采用溶剂辅助风味蒸发法（SAFE）通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）等技术研究了由安徽1号、群体种和舒茶早加工的六安瓜片的挥发性物质差异，发现安徽1号制成的六安瓜片花香更显著，且茶叶中的苯乙醛、芳樟醇、香叶醇、顺茉莉酮和（E）-异丁香酚等关键香气活性物质的含量显著高于其他两个品种。Yue等[13]采用固相微萃取法（SPME）通过GC-MS测定了不同茶树品种的武夷岩茶挥发性成分，建立了不同茶树品种的武夷岩茶挥发性化合物的指纹图谱，并运用化学计量学法结合相对香气活性值（ROAV）确定了不同品种间的关键香气物质。

气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）技术具有无需样品前处理、灵敏度高、检测速度快、无环境污染、可直观分析挥发性化合物、易于识别小分子挥发性化合物等优点[14]，目前在风味研究[15]、产地鉴别[16]、加工过程监测[17]、储藏[18]等多个食品科学领域得到了广泛应用。搅拌棒吸附萃取（SBSE）是一种稳定便捷的萃取技术，对茶叶中的挥发性化合物和半挥发性化合物均有很好的吸附效果，搅拌棒吸附萃取-气相色谱-质谱联用技术（SBSE-GC-

MS）由于其重复性好、检出限低等特点，是目前茶叶挥发性化合物研究中的常用方法。Wang等[6]采用不同的吸附技术研究了武夷岩茶中的香气物质，认为SBSE可以更好地吸附武夷岩茶中的香气活性物质，采用不同的技术可以获得更加全面的检测数据。

本研究从径山茶原产地的同一区域茶园采集了由径山1号、径山2号、鸠坑种、迎霜、翠峰共5个茶树品种的鲜叶，按照相同的加工工艺制成径山茶样品，通过SBSE-GC-MS和GC-IMS技术，运用化学计量学并结合感官审评，对不同茶树品种制得的径山茶的挥发性物质进行解析鉴定，分析不同茶树品种的径山茶香气品质差异，旨在进一步拓展径山茶风味化学研究，为径山茶生产中优质原料的选择提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

本研究所用径山茶样品由杭州径山五峰茶业有限公司提供，茶树品种分别为径山1号、径山2号、鸠坑种、翠峰和迎霜（表1），2024年3月按一芽二叶的标准采摘于浙江省杭州市余杭区径山镇相同区域茶园，按照相同加工工艺制作，并参照GH/T 1127—2016进行等级区分。茶样经密封后，放置于﹣4 ℃避光保存，待检测。

无水乙醇购自天津市大茂化学试剂厂，氯化钠购自国药集团化学试剂有限公司，正构烷烃（C6～C40）购自上海Sigma-Aldrich公司，正构酮（C4～C9）购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，纯净水购自杭州娃哈哈集团有限公司，癸酸乙酯购自上海源叶生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

聚二甲氧基硅烷（Polydimethylsiloxane，PDMS）磁力搅拌转子（10 mm，膜厚度0.5 mm），德国Gerstel公司；DF-101S型磁力搅拌水浴锅，上海力辰邦西仪器科技有限公司；Agilent 7890B-5977B气相色谱质谱联用、HP-5MS色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）、10 μL手动进样针，美国Agilent公司；FlavourSpec®气相离子迁移谱，德国G.A.S.公司；CTC-PAL3静态顶空自动进样装置，瑞士CTC Analytics AG公司；MXT-5毛细管色谱柱（15 m×0.53 mm，1.0 μm），美国Restek公司。

1.3 试验方法

1.3.1 SBSE-GC-MS方法

SBSE-GC-MS检测参考张汇源等[5]的方法。称取3 g茶样置于150 mL的锥形瓶中，然后加入60 mL沸水，冲泡5 min后立即将茶汤滤出并置于冰水浴中快速冷却，从锥形瓶中移取10 mL冷却后的茶汤于20 mL顶空瓶中，加入3 g氯化钠、4 μL质量浓度为10 mg·L-1的癸酸乙酯和PDMS磁力搅拌吸附转子，密封顶空瓶。将顶空瓶置于50 ℃恒温水浴磁力搅拌器中，使转子吸附90 min后取出。搅拌转子表面的残留物采用纯水清洗，擦拭干燥后立即放入气相瓶中待检测。将装有搅拌转子的气相瓶放置在热脱附单元中对转子物质进行解吸附。

GC-MS条件：HP-5MS型气相色谱柱；升温程序为初始温度40 ℃保持5 min，以3 ℃·min-1升至100 ℃，以2 ℃·min-1升至130 ℃，以10 ℃·min-1升至250 ℃并保持5 min；载气为氦气（纯度≥99.999%）。质谱采用正离子模式采集数据，质量扫描范围为质荷比（m/z）30～350，电子能量为70 eV。

1.3.2 HS-GC-IMS方法

HS-GC-IMS检测参考Zhang等[19]的方法。将1 g完全磨碎的样品置于20 mL顶空瓶中，在50 ℃下以500 r·min-1在顶空装置中孵育20 min。进样针在85 ℃下，通过进样器向进样口进样500 μL的顶空气体，不分流，通过GC-IMS气相离子迁移谱（FlavourSpec®）测定挥发性成分。

GC-IMS条件：采用MXT-5毛细管色谱柱，色谱柱温度为60 ℃；载气为高纯氮气（纯度≥99.999%）；升压按照初始流量为2 mL·min-1，保持2 min，然后在8 min内按照线性条件增加到10 mL·min-1，在10 min内按照线性条件增加到100 mL·min-1；色谱的运行时间为20 min；进样口温度维持在80 ℃。电离源采用氚源（3H）；迁移管长度为53 mm；电场强度设置为500 V·cm-1；迁移管温度保持在45 ℃；漂移气为高纯氮气（纯度≥99.999%）；氮气流速为150 mL·min-1；选择正离子模式进行检测。

1.3.3 挥发性化合物的定性定量分析

GC-MS：根据正构烷烃（C6～C40）的进样检测得到的保留时间（RT），计算GC-MS所有检测到挥发性成分的保留指数（RI），通过NIST 2017标准谱库检索，并对比公开数据库中的保留指数[20]，对检测到的未知化合物进行定性分析，采用内标法通过加入癸酸乙酯计算相对含量。

GC-IMS：根据检测6种正构酮（C4～C9）的混合标准品，建立保留时间和保留指数的校准曲线，随后通过目标物的保留时间计算出该物质的保留指数，使用VOCal软件内置的GC保留指数（NIST 2020）数据库和IMS迁移时间数据库检索和比对，对目标物进行定性分析。

计算香气活性值（OAV）及相对香气活性值（ROAV）：

OAVi=Ci/OTi

ROAVi=OAVi×（OTmax/Cmax）×100

其中Ci为挥发性化合物i的相对含量，OTi为挥发性化合物i的气味阈值，OTmax为香气活性值最大的挥发性化合物的气味阈值，Cmax为OAV最大的挥发性化合物的相对含量[21]。

1.3.4 感官审评方法

参照GB/T 23776—2018《茶叶感官审评方法》[22]，由10位经验丰富的茶叶审评员组成审评小组，对各径山茶样品进行5项因子综合评判，单项因子满分为100分，根据外形、汤色、香气、滋味、叶底进行加权得分（总分＝外形×0.25＋汤色×0.10＋香气×0.25＋滋味×0.30＋叶底×0.10）。

1.4 数据处理

采用VOCal数据处理软件中的Reporter和Gallery Plot插件分别生成GC-IMS检测到的挥发性化合物的三维谱图、二维谱图、差异谱图及指纹图谱；采用SPSS 26.0进行试验数据的方差分析；使用SIMCA 14.1软件进行主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘法判别分析（OPLS-DA）；使用TBtools和Origin 2022绘图。

2 结果与分析

2.1 径山茶样品感官审评

本研究对不同茶树品种鲜叶制成的径山茶样品进行了感官审评，根据5项因子的得分并加权计算总评分。如表1所示，由径山1号茶树品种制成的茶样评分最高，其香气特征表现为清香较嫩，纯正，持久。其次是径山2号制成的茶样，其特征香气表现为嫩清香，纯正，香气的持久度较径山1号稍差。由迎霜和鸠坑种制成的茶样香气也以清香为主，与径山1号和径山2号相比，嫩香和持久度表现不足。在5个茶样中，以翠峰品种为原料制成的径山茶表现出清花香，但茶汤滋味与径山1号和径山2号相比稍差，总评分不高。

2.2 基于GC-IMS的径山茶样品挥发性成分分析

为了阐明不同茶树品种的径山茶挥发性物质的差异，采用GC-IMS分析了径山茶的挥发性化合物。如图1所示，5个样品中共鉴定出79种挥发物，主要由醇类、酮类、醛类、酯类和杂环类化合物组成。图1A的3个坐标轴分别表示相对迁移时间（X轴）、保留时间（Y轴）和信号峰强度（Z轴），三维谱图显示不同茶树品种加工成的径山茶挥发性成分化合物组成与含量存在差异。为进一步直观对比样品中挥发性成分的差异，选取样品JS2的谱图作为参比，其他样品的谱图扣减参比，得到不同样

品的差异对比图（图1B）。由图1B所示，大部分检测信号的保留时间在100～800 s，漂移时间在1.0～2.0 s。图1C显示了不同茶树品种径山茶的挥发性成分指纹图谱，颜色的强度与其含量成正比，越明亮的颜色代表该化合物的含量越高。JS1中含量较高的物质主要有2-甲基-3-呋喃硫醇、1-辛醇、2-乙基呋喃等；YS中γ-丁内酯、丙酸丁酯等含量较高；JK中芳樟醇、（Z）-3-己烯-1-醇的含量较高；2-庚酮、己酸乙酯等在JS2中的含量较高；CF中（Z）-3-己烯-1-醇二聚体、己醛二聚体等含量较高。GC-IMS分析显示，不同茶树品种径山茶的挥发性成分谱图基本一致，但其各自的化合物浓度存在显著差异。

2.3 基于GC-MS的径山茶样品挥发性成分分析

如表2所示，通过GC-MS技术检测和鉴定了93种挥发性化合物，其中醇类18种，烯烃类14种，酮类13种，酯类12种，醛类11种，酸类7种，杂环类6种，芳香族类5种，酚类3种，内酯类1种及其他类3种。在JS2、YS、JS1、CF和JK的茶样中分别检测到58、44、57、50、55种挥发性化合物（图2），其中JS1和JS2样品中挥发性化合物的数量明显高于其他样品。如图3所示，在JS1、CF和JK样品中醇类物质的占比最大，在JS1、JS2和YS样品中酮类和酯类物质占总挥发性成分含量的一半以上。此外，不同类别的化合物在不同茶树品种的样品之间含量及占比均存在差异。

2.4 不同茶树品种的径山茶中差异挥发性成分分析

为了更好区分5个品种径山茶之间的差异，采用PCA对5个品种的茶样进行分析。如图4A和图4D所示，相同茶树品种的样品聚在一起，而不同茶树品种的样品则表现出较大的分离。为了提高分离度和描述5个样品之间的差异，对GC-MS和GC-IMS分析鉴定的挥发性化合物进行了OPLS-DA分析（图4B，图4E）。GC-IMS的模型参数（R2X=0.969，R2Y=0.994，Q2=0.984）和GC-MS的模型参数（R2X=0.862，R2Y=0.978，Q2=0.95）在两种情况下均具有较高的解释方差（R2Y）和较强的预测性能（Q2）。200次置换检验结果表明（图4C，图4F），本研究所构建的OPLS-DA模型在性能上拟合较好，可以用于下一步筛选差异挥发性成分。

为进一步解析不同品种间的差异挥发性成分，基于OPLS-DA模型的VIP值，分别在GC-IMS和GC-MS检测的样品中筛选出VIP＞1的差异挥发性成分31种和58种，绘制热图直观展示这些挥发性成分在不同品种茶样中的含量变化。GC-IMS的结果显示（图5A），2-

甲基丁醛，2-乙基呋喃在JS1中含量较高；3-羟基-2-丁酮、己酸甲酯在JS2中含量较高；庚醛（二聚体）和（Z）-3-己烯-1-醇（二聚体）在CF中含量较高；1-戊醇和2-甲基-3-呋喃硫醇在YS中含量较高；戊醛和苯甲醇在JK中含量较高。GC-MS的结果显示（图5B），壬醛和杜松醇在JS1的含量较高；2-正戊基呋喃、乙酸苯甲酯、苯甲醛和苯乙醛在JS2中的含量较高；CF中，顺茉莉酮，吲哚的含量较高；YS中，氧化柠檬烯的含量较高；JK中，（E）-β-罗勒烯和香叶醇的含量较高。

2.5 关键差异挥发性化合物分析

茶叶的整体香气表现取决于挥发性化合物的浓度及其香气阈值[23]。一些阈值和浓度较低的挥发性化合物在香气表现中仍然发挥着显著作用。因此，为了评估单个化合物对整体香气的确切贡献，本研究以ROAV≥1、VIP＞1为标准[24]，筛选5个样品的关键香气活性物质。在GC-IMS结果中筛选出12种关键物质，

分别为戊醛、辛醛、庚醛、己醛二聚体、庚醛二聚体、异戊醛、2-甲基丁醛、2-庚酮、2-庚酮二聚体、（Z）-3-己烯-1-醇、（Z）-3-己烯-1-醇二聚体、芳樟醇；在GC-MS结果中筛选出16种关键物质，分别为茉莉酸甲酯、氧化柠檬烯、顺茉莉酮、吲哚、香叶醇、石竹素、乙酸苯甲酯、4-异丙基苯甲醛、2-正戊基呋喃、2-甲基萘、2-庚醇、2，6-二乙基吡嗪、2，4-二叔丁基苯酚、1-甲基萘、1，2，3，4-四甲基苯、（E，E）-2，6-壬二醛（图6）。

3 讨论

茶树品种是茶叶品质的基础，在相同工艺条件下，茶树品种直接决定鲜叶内源物质条件，进而导致不同茶树品种制得的成品茶风味品质差异。本研究通过采用HS-GC-IMS和SBSE-GC-MS技术，对不同茶树品种所制径山茶的挥发性化合物进行详细分析，并利用化学计量学方法和ROAV筛选对径山茶香气特性有显著贡献的关键挥发性成分，全面了解了径山茶中的挥发性化合物，解析了不同茶树品种制作的径山茶中的关键香气成分。

通过对GC-IMS的检测结果分析，发现关键挥发性成分中己醛二聚体显示出较高的含量和相对香气活性值（ROAV），表明其对样品的香气贡献显著。己醛具有青草气味[25]，广泛存在于茶叶和其他植物性食物中，与茶叶中清香的特征香气有关[26]。2-庚酮在各样品中均有检测到，但其含量和ROAV相对较低，表明其在径山茶中具有一定的香气贡献。2-庚酮具有果香和脂香特征，通常在发酵茶的香气中贡献较为明显[27]。研究表明，2-庚酮是清香型绿茶的特征性香气成分之一[28]，也存在于花香型绿茶中[29]。3-甲基丁醛具有强烈的麦芽香和甜香[30]，在翠峰和径山2号样品中显示出较高的含量。（Z）-3-己烯醇对翠峰样品的香气贡

献较大。

径山1号中，茉莉酸甲酯含量最高。茉莉酸甲酯作为茶叶中兰花香的主要贡献者[31]，在茶叶加工过程中由脂质降解产生[32]，α-亚麻酸可能是它的前体物质，在氧化作用下转化为茉莉酸，再通过茉莉酸羧基甲基转移酶进一步转化为茉莉酸甲酯[33]。在翠峰和迎霜制得的径山茶中，吲哚的含量较高。低浓度的吲哚表现出花香特征，吲哚常在茶叶加工的过程中大量积累，其中高温是增加吲哚含量的重要途径之一[34]。在鸠坑种制得的径山茶中，香叶醇的含量最高，其在该样品中对香气影响显著。

香叶醇具有玫瑰香、甜香，是绿茶中的重要呈香物质之一[35-36]。2-庚醇在径山1号和径山2号制得的径山茶中含量较高。2-庚醇具有新鲜的草本植物香气，在白茶香气的形成中起着重要作用[37]。较高含量的2-庚醇可能是径山1号和径山2号所制径山茶具有明显清香和嫩香的原因之一。

感官评价结果显示，本研究5个茶树品种制成的径山茶均展现出明显的“清香”特征。径山1号和径山2号还表现出不同程度的“嫩香”特性，与高品质径山茶“内质嫩香持久”的品质特征相符合。其中，径山1号中顺茉莉酮、庚醛和（Z）-3-己烯醇的含量较为丰富，而径山2号的特征挥发性化合物主要有2-庚醇、茉莉酸甲酯、2-甲基丁醛和2-庚酮，且含量高于其他样品。这些挥发性成分都具有较为明显的清香或花香特征，（Z）-3-己烯醇、顺茉莉酮、2-庚酮和茉莉酸甲酯的前体物质都是α-亚麻酸[25，38]，在醇脱氢酶、丙二烯氧化物合成酶和脂肪氧化酶等参与下，通过不同代谢途径形成这些关键的挥发性香气。因此，这些含量较高的关键挥发性化合物可能与径山1号和径山2号茶树品种的独特性有关。此外，径山1号和径山2号中检测到的挥发性成分的数量较其他品种更多，是适制径山茶的优良品种。

以翠峰品种为原料制成的径山茶表现出清香带花香的品质特点，这可能是由于翠峰品种制成的径山茶其吲哚和芳樟醇的含量较高。吲哚被认为是绿茶中的重要香气物质，不仅在高温条件下由L-色氨酸热裂解产生，还是一种茶树内源性挥发物[39]，在色氨酸吲哚裂解酶的作用下产生，低浓度下呈现花香和水果香[35]。此外，香叶醇是鸠坑种径山茶中重要的香气活性成分，在茶树体内可以由香叶醇合成酶作用产生[34]，其含量与茶树品种的叶片大小存在一定关系[25]。通过化学计量学和多元统计分析发现，虽然这5种径山茶在感官上都具有清香的特点，但形成其各自清香特征的物质基础可能有所不同。例如，迎霜品种制成的茶叶中具有清香特征的氧化柠檬烯和戊醛的含量较高[28，40]。因此，径山茶独特的“清香”可能是在多种物质协同作用下形成的，在实际生产中可以根据径山茶的风味目标选择特定茶树品种，或通过拼合不同品种原料提高径山茶品质。本研究通过解析不同茶树品种所制径山茶中关键差异挥发性成分，为径山茶生产中优质原料的选择提供理论依据，对实现高品质径山茶的精准加工和定向品质控制具有重要参考价值。

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