金佛山方竹不同出土高度和部位竹笋营养品质分析

2024-12-12 00:00:00秦敏王晓芹卞丽丽伍虹雨姚文静林树燕
关键词:营养品质

摘要:【目的】探明金佛山方竹(Chimonobambusa utilis)竹笋不同出土高度[(0,10]、(10,20]、(20,30]、(30,40] cm]及不同部位(上部、中部、下部)在营养品质上的差异,综合评定其营养价值,为金佛山方竹竹笋产品开发提供参考。【方法】利用液相色谱等方法测定竹笋营养品质指标,采用主成分分析和隶属函数法评价不同出土高度和部位金佛山方竹笋的综合营养品质。【结果】金佛山方竹笋不同出土高度的营养成分呈现出规律性变化,随着出土高度的增加,竹笋膳食纤维、粗脂肪、灰分、单宁、还原糖、果糖和葡萄糖含量逐渐升高,与之相反的是水分、粗蛋白、蔗糖、总酸和矿质元素含量总体逐渐降低,而总糖、黄酮含量呈先上升后下降的趋势,维生素C含量相对稳定;不同出土高度的方竹笋所含氨基酸种类较多,出土(0,10] cm竹笋的总氨基酸含量和人体必需氨基酸含量均显著高于其他3个出土高度。不同部位金佛山方竹笋的营养成分存在差异,自下部至上部,灰分、单宁、总糖、还原糖、果糖、葡萄糖含量呈逐渐下降趋势,而水分、粗蛋白、黄酮、总酸和矿质元素含量总体逐渐上升,膳食纤维、蔗糖含量相对稳定。竹笋下部维生素C含量最高,竹笋上部粗脂肪含量最低,且总氨基酸和人体必需氨基酸含量显著高于中部和下部。【结论】随出土高度的增加和竹笋部位的下降,金佛山方竹笋综合营养品质逐渐降低。

关键词:金佛山方竹;竹笋出土高度;竹笋不同部位;营养品质

中图分类号:S795"""""" 文献标志码:A开放科学(资源服务)标识码(OSID):

文章编号:1000-2006(2024)06-0079-12

Nutritional quality analysis of Chimonobambusa utilis bamboo shoots at different heights and parts

QIN Min1,2, WANG Xiaoqin3, BIAN Lili1,2, WU Hongyu1,2, YAO Wenjing1, LIN Shuyan1

(1. Co-Innovation Center for Sustainable Forestry in Southern China, Bamboo Research Institute," Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China;2." College of Life Science, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China;3. Agricultural and Rural Service Centre, Shunwang Street, Zhucheng City People’s Government, Shandong Province," Zhucheng 262200, China)

Abstract: 【Objective】 The nutritional quality of Chimonobambusa utilis bamboo shoots at different heights ((0,10], (10,20],(20,30],(30,40] cm) and parts (upper, middle, lower) were analyzed. Understanding the nutritional variation rules and evaluating the nutritional value of C. utilis shoots at different heights and parts will provide a reference for the product" development of"" bamboo shoots. 【Method】 The content of each nutrient component was determined by liquid chromatography. Principal component analysis and the subordinate function method were used to comprehensively evaluate the nutritional quality of C. utilis bamboo shoots at different heights and parts. 【Result】 There were differences in the nutritional composition of bamboo shoots at different heights in C. utilis. With increasing shoot height,"" reducing sugar, fructose, and glucose in the bamboo shoots gradually increased, whereas the contents of contents of water," crude protein, sucrose, and total acid decreased. The total sugar and flavonoid contents showed a trend of initially" increasing and then decreasing. Vitamin C contents were stable. The contents of total amino acids and essential amino acids at 0-10 cm were significantly higher than those at the other three heights. In addition, there were significant differences in the nutritional composition of different parts of the bamboo shoots. From the lower part to the upper part of the shoots, the content of ash, tannins, total sugar, reducing sugar, fructose" and glucose gradually decreased, while the content of water, crude protein, flavonoids, total acid" and mineral elements generally increased. The contents of dietary fiber and sucrose were stable. Vitamin C content was the highest in the lower part of bamboo shoots. In the upper part of the bamboo shoots, the content of crude fat was the lowest and the content of total amino acids and essential amino acids in the upper part of bamboo shoots was significantly higher than that in the middle and lower parts.【Conclusion】 The comprehensive nutritional quality of C. utilis bamboo shoots gradually decreased with increasing emergence height and decreasing bamboo shoot position.

Keywords:Chimonobambusa utilis; bamboo shoot height;" bamboo shoot different parts; nutritional quality

金佛山方竹(Chimonobambusa utilis)属竹亚科(Bambusoideae)寒竹属(Chimonobambusa),复轴混生型小径竹,主要分布在海拔1 200~2 200 m的重庆南川区和贵州省桐梓县、正安县、绥阳县以及云南省镇雄县等地[1],为我国西南地区特有竹种。金佛山方竹竹秆节间呈圆筒形或略为四棱形,其秆形优美,竹笋质嫩肉厚,口感鲜美,富含蛋白质、膳食纤维、矿物质、氨基酸及维生素、黄酮、多酚、植物甾醇等多种活性物质,营养丰富,被誉为“竹笋之冠”[2-3],是优质的观赏及笋用竹种,具有重要的经济、生态和社会效益。金佛山方竹通常在中秋前后发笋,可弥补竹笋淡季空缺[4]。

竹笋的天然营养价值受到广泛关注,高品质竹笋培育逐渐成为今后研究与发展的热门方向[5]。当前对竹笋营养品质的研究主要集中在遗传因素、环境条件、丰产栽培、品质改良和竹笋保鲜等方面[6-12],有少量研究发现筇竹(Chimonobambusa tumidissinoda)、毛竹(Phyllostachys edulis)、版纳甜龙竹(Dendrocalamus hamiltonii)和雷竹(Phyllostachys praecox)等竹笋在不同出土高度或部位营养品质存在差异[13-16]。然而,关于金佛山方竹笋品质与其出土高度及部位是否有相关性的研究鲜见报道。本研究以金佛山方竹不同出土高度、不同部位的竹笋为材料,分析其基本营养成分、矿质元素及氨基酸组分间差异,采用主成分分析和隶属函数法对竹笋的各个营养指标进行营养品质综合评价,探索金佛山方竹笋生长过程中营养成分的动态变化规律,明确金佛山方竹笋品质的最佳出土高度和部位,旨在为金佛山方竹笋资源的合理开发和高值化利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2021年9月下旬,在贵州省遵义市桐梓县选择立地条件、经营措施和经营水平基本一致的金佛山方竹林(106°59′19″E,28°28′58″N)。参考当地市场收购竹笋地径和长度标准,采集出土高度分别为(0,10]、(10,20]、(20,30]、(30,40] cm健康、无病虫害、无机械损伤的竹笋,依次编号为H1、H2、H3、H4;另采集出土高度为(20,30] cm的新鲜竹笋,快速去除笋壳,分别采集竹笋的上部、中部、下部,迅速投入干冰中保存,并委托南京因特生物科技有限公司进行营养成分检测。

1.2 试验方法

总糖含量采用酸解苯酚法测定;果糖、蔗糖含量采用间苯二酚比色法测定;葡萄糖含量采用酶试剂比色法测定;还原糖含量采用DNS比色法测定;总酸含量采用酸碱滴定法测定;膳食纤维含量采用酶解法测定;单宁、维生素C、黄酮含量采用分光光度法测定;粗脂肪含量采用索氏抽提法测定;粗蛋白含量采用凯氏定氮法测定;灰分含量采用质量法测定;全磷含量采用钼锑抗比色法测定;全钾含量采用火焰光度计法测定;Ca等矿质元素含量采用ICP-aes/ms法测定;20种游离氨基酸组分采用液相色谱法测定[3]。所有分析测定均为3次生物学重复。各营养物质含量均以干物质计。

1.3 数据处理

为消除不同指标量纲和数量级的差异[17],进行主成分分析前,依据隶属函数对原始数据进行标准化处理,正相关指标依据公式(1),负相关指标依据公式(2),主成分得分Fj依据公式(3),综合分值Dn的计算以相应主成分的贡献率Ej为权重,通过公式(4)得到。

Ui=(Xi-Xi,min)/(Xi,max-Xi,min);(1)

Ui=1-(Xi-Xi,min)/(Xi,max-Xi,min);(2)

Fj=∑ni=1Kji×Ui;(3)

Dn=∑nj=iFj×Ej。(4)

式中:Xi为第i个指标的原始测定结果,i=1,2,…,n;

Xi,min、Xi,max分别为第i个综合指标的最小值与最大值;

Ui为第i个指标的原始数据经标准化处理后的隶属函数值;

Kji为第j个主成分中第i个指标对应的特征向量;

Fj为第j个主成分得分;

Ej为第j个主成分的贡献率;

Dn为主成分法得到的竹笋品质综合分值。

使用Excel 2021统计数据,SPSS 26.0软件进行方差分析和主成分分析。

2 结果与分析

2.1 不同出土高度金佛山方竹笋营养品质差异

2.1.1 基本营养成分

不同出土高度金佛山方竹笋基本营养成分含量见表1。

随出土高度的增加,金佛山方竹笋的灰分、粗脂肪、单宁、膳食纤维、还原糖、果糖、葡萄糖含量均升高,而水分、粗蛋白、蔗糖、总酸含量均降低;黄酮、维生素C、总糖等含量呈现先升高后降低的趋势,其中,黄酮含量在H2时最大,与H3差异不显著,而维生素、总糖含量则在H3时最大。

金佛山方竹笋水分、单宁、总糖、果糖、葡萄糖、蔗糖含量在不同出土高度间差异显著;还原糖含量在H2与H3、H3与H4对比组间无显著差异;粗脂肪含量在H1与H2、H3与H4对比组间无显著差异;总酸摩尔浓度在H1与H2、H3、H4间有显著差异,而在H2、H3、H4间差异不显著;黄酮含量在H2与H3间无显著差异,维生素C含量在4个出土高度间无显著差异。

2.1.2 矿质元素含量

金佛山方竹笋常量元素中,K含量远高于P、Mg、Ca,分别是P、Mg、Ca的8.0、11.5、9.8倍;K元素含量随着竹笋高度增加表现为“下降—升高—下降”趋势,在H1、H2、H3之间无显著性差异,但在H1、H2、H3中的含量显著高于H4;P含量呈降低趋势,在不同出土高度竹笋间无显著性差异;Mg含量由高至低依次为H3gt;H4gt;H1gt;H2,各出土高度间均有显著性差异;Ca含量随出土高度增加不断下降,且不同出土高度间存在显著差异(表2)。

金佛山方竹笋微量元素含量在H1、H2时由高至低依次是Fegt;Zngt;Mngt;Cugt;Se;在H3时依次为Zngt;Fegt;Mngt;Cugt;Se;在H4时依次为Zngt;Mngt;Fegt;Cugt;Se。Fe在H2时含量最高,分别为H1的2.4倍、H3的5.5倍、H4的9.2倍,H3与H4间无显著性差异;Zn含量在H1与H2,H3与H4对比组间无显著性差异;Mn含量在H1时最高,而在H4时最低;Cu含量在H1时最低,在H2、H3、H4出土高度上无显著性差异;Se含量表现为H3>H4>H2>H1,在H3与H4间无显著差异。

2.1.3 氨基酸含量

金佛山方竹笋中共检测出17种氨基酸,其中包括7种人体必需氨基酸、10种非必需氨基酸。17种氨基酸中丝氨酸含量最高,在H1时最大,达2.89 mg/g;甲硫氨酸含量最少,在H1时较高,也仅0.13 mg/g;总氨基酸(TAA)含量和人体必需氨基酸含量(EAA)均随出土高度增加逐渐下降,在H1时最高,在H2、H3、H4间无显著差异;4个出土高度竹笋的EAA在TAA中占比均低于30%,不同出土高度间无显著差异(表3)。

竹笋的口感及鲜美程度受不同种类的氨基酸含量影响,甜味类氨基酸包括苏氨酸、甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸、丝氨酸,苦味类氨基酸包括缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸,鲜味类氨基酸包括天冬氨酸、谷氨酸,芳香味类氨基酸包括酪氨酸、苯丙氨酸。由表4可知,各出土高度的方竹笋所含呈味氨基酸含量由高到低的顺序均依次为甜味类gt;苦味类gt;鲜味类gt;芳香味类。不同出土高度时,鲜味类和甜味类氨基酸含量随出土高度增加逐渐减少,二者占TAA比例在4个高度间无显著差异;芳香味类和苦味类氨基酸随出土高度增加表现为先下降后上升,二者占TAA比例在H1与H4,H2与H3对比组间无显著差异。

2.1.4 不同出土高度竹笋营养品质综合评价

不同出土高度的金佛山方竹笋营养组分存在较大差异,导致难以准确反映其营养品质的优劣,因此本研究对金佛山方竹笋的23个营养品质指标进行主成分分析,以特征值>1[18]为主成分的判定要求,结果见表5。由表5可知,共提取出3个主成分,累计方差贡献率达100%。这3个主成分综合了4个出土高度竹笋的23个营养品质指标的大部分信息,可利用这3个主成分来代替23个营养指标对4个不同出土高度方竹笋品质进行综合评价。

由表5可知,第1主成分方差贡献率为67.082%,主要代表为总酸、粗蛋白、蔗糖、Mn、Zn、鲜味、甜味和芳香味类氨基酸,反映竹笋口感;第2主成分方差贡献率为22.786%,主要代表为维生素C、黄酮、P、K和Cu,反映竹笋内在品质;第3主成分方差贡献率为10.132%,主要代表为单宁、Fe和膳食纤维。

不同出土高度金佛山方竹笋的综合评价值(Dn)反映了竹笋营养品质优劣程度,综合分值越高,表明品质越好,结果见表6。根据Dn值对4个不同出土高度方竹笋营养品质进行优劣排序,顺序为H1gt;H2gt;H3gt;H4。

2.2 不同部位金佛山方竹笋营养品质差异

2.2.1 基本营养成分

竹笋不同部位各营养成分含量见表7。

基本营养成分含量测定结果表明,金佛山方竹笋3个部位的含水率均在90%以上;其中,上部含水率最高,达92.17%,3个部位具有显著性差异;3个部位膳食纤维和蔗糖含量无明显差异,膳食纤维以下部竹笋含量最高。粗脂肪质量分数均较低,以下部含量最高;笋下部维生素C含量最高,高于上部和中部;黄酮在上部和中部的含量无显著差异,均显著高于下部;总糖含量从下至上依次减少,下部含量最高,为1 457.79 mg/g,分别是上、中部的2.6、1.7倍;单宁、还原糖、果糖和葡萄糖含量从下部至上部逐渐降低,各部位存在显著性差异;总酸摩尔浓度在上部最高,为0.23 mmol/g,与中部、下部有显著差异。

2.2.2 矿质元素含量

不同部位金佛山方竹笋矿质元素含量见表8。由表8可知,金佛山方竹笋不同部位中K、Ca常量元素含量均表现为上部>中部>下部,Mg元素则表现为中部>下部>上部。K元素含量范围为37.95~63.18 mg/g,各部位具有显著性差异;P元素含量在上部和中部无显著差异,与下部差异显著;Mg元素含量在中部最高,为6.64 mg/g,分别是上部和下部的2.1倍和1.3倍;Ca元素在上部的含量是中部和下部的2.4和4.5倍。

Fe元素从竹笋下部至上部含量逐渐降低,上、中部显著低于下部;Zn和Mn从下至上依次增加,上部与中、下部有显著差异,中部与下部之间无显著差异,尤其Mn元素上部与中、下部含量差异较大,上部分别是中部、下部的4.5、9.1倍。Cu和Se元素从下至上表现为先降低后增加,上、下部显著高于中部。

2.2.3 氨基酸含量

不同部位金佛山方竹笋氮基酸含量见表9。

由表9可知,金佛山方竹笋各部位均检测出17种氨基酸,组氨酸、丝氨酸含量较高,而甘氨酸、甲硫氨酸含量较低。各种氨基酸含量在竹笋的不同部位有较大差异,除了谷氨酸之外,其他16种氨基酸含量从笋下部至上部逐渐增高,笋下部至笋中部变幅较小,笋中部至笋上部变幅较大;竹笋上部的TAA和EAA含量分别为17.15、5.22 mg/g,分别是竹笋中部的1.8和2.0倍,是竹笋下部的2.3和2.7倍;竹笋上部EAA在TAA中占比高于中部和下部,达30.40%。

在金佛山方竹笋同一部位中,甜味氨基酸表现较为突出,占总氨基酸含量30%以上,4类呈味氨基酸含量由高到低的顺序依次为甜味类gt;苦味类gt;鲜味类gt;芳香味类。不同部位中,鲜味类、甜味类、苦味类氨基酸含量从下部至上部逐渐增加,各部位差异显著;芳香味类氨基酸含量自下至上表现为先降低后增加,上部显著高于中、下部,中部与下部无显著差异;鲜味类和甜味类氨基酸在总氨基酸中占比自下至上表现为先上升后下降,中部占比最高;芳香类和苦味类氨基酸占比则表现为先下降后上升,芳香类氨基酸在下部占比最高,为10.64%,而苦味类氨基酸占比在上部最高,为26.21%(表10)。

2.2.4 不同部位竹笋营养品质综合评价

不同部位竹笋营养成分综合评价见表11。

由表11可知,共提取出2个主成分,累计方差贡献率达100%。第1主成分方差贡献率为71.948%,主要代表粗蛋白、黄酮、单宁、总酸、K、Ca、Mn、Zn、鲜味、甜味和芳香味类氨基酸,反映竹笋口感。第2主成分方差贡献率为28.052%,主要代表粗脂肪、膳食纤维、维生素C、蔗糖、Cu和Se。

根据Dn值对金佛山方竹笋3个不同部位营养品质进行排序,其顺序为上部gt;中部gt;下部(表12)。

3 讨 论

竹笋综合品质直接决定其市场价值,金佛山方竹笋在不同出土高度及部位各营养成分含量均出现一定程度的差异,各物质含量常有交错现象。总体来看,出土高度为0~10 cm的金佛山竹笋营养品质综合评价值(Dn)最高,Dn随出土高度增加逐渐降低;不同部位方竹笋品质评价值Dn表现为上部>中部>下部。

竹笋生长快速,营养、口感往往随出土高度发生变化,竹笋口感与含水率呈正相关,含水率越高,竹笋口感越好[19]。本试验结果表明,出土高度0~10 cm时竹笋水分含量最高,含水率随出土高度变化趋势与筇竹笋水分含量变化趋势一致[13]。竹笋的酸涩感和苦味程度通常体现在总酸、单宁和苦味类氨基酸含量上[20],金佛山方竹笋在各个出土高度的苦味类氨基酸总量与麻竹(Dendrocalamus" latiflorus)笋[21]相当,远低于5种牡竹属(Dendrocalamus)笋用竹(37.39~52.89 mg/g)[22],但总酸和单宁含量高于其他竹笋[23]。总糖等是竹笋的甜味来源,本研究结果表明,在出土高度为20~30 cm时竹笋总糖含量最高。研究表明,还原糖、葡萄糖、果糖和蔗糖等糖类物质是植物光合作用主要产物[24-25],竹子中新合成的光合作用产物先转化为可移动糖类如蔗糖,通过韧皮部运输到竹笋体内,经酶反应合成还原性糖、果糖和葡萄糖参与代谢,或在K+的促进运输作用下将库中的蔗糖转化为淀粉以贮藏能量物质[26-28]。本研究中,金佛山方竹笋还原糖、果糖和葡萄糖含量均随出土高度增加而逐渐升高,而蔗糖含量则相反,表现为逐渐降低。金佛山方竹笋矿质元素含量丰富,同一出土高度下,其含量均显著高于寿竹(Phyllostachys bambusoides f. shouzhu)笋[29]、雷山方竹(C. leishanensis)笋[30]及绿竹(Bambusa oldhamii)笋[31]。植物萌发过程会伴随着一系列生理变化,蛋白质在酶的作用下分解成氨基酸,某些氨基酸又继续参与代谢,与糖类、脂类物质相互联系,竹笋萌发打破休眠前的一系列代谢会积累较高水平的氨基酸[32-33]。金佛山方竹笋在出土高度0~10 cm时总氨基酸含量最高,显著高于其他3个出土高度。EAA与TAA的比值反映竹笋中必需氨基酸的含量,EAA与TAA比值越高,蛋白品质越好,联合国粮农组织/世界卫生组织的理想模式推荐比例为40%左右[34]。在本研究中,金佛山方竹笋EAA与TAA比值在不同出土高度间无显著差异,比值范围为26.18%~28.25%;竹笋上部EAA与TAA比值显著高于中、下部,达30.40%,蛋白质品质较好。金佛山方竹笋非必需氨基酸含量普遍较高[35],其中,谷氨酸和天冬氨酸属于功能性氨基酸,谷氨酸具有介导神经信号转导,提高机体免疫等作用,天冬氨酸具有缓解疲劳,促进肝功能和治疗高血压等作用[36-38],是优质的蛋白源。

金佛山方竹笋不同部位竹笋由于生长发育程度差异,营养物质含量具有明显变化。本研究表明金佛山方竹笋上部营养物质含量普遍高于下部笋,中部物质含量则位于上部和下部之间,与版纳甜龙竹笋[15]、麻竹笋[21]和雷竹笋[39]不同部位营养分布特征表现基本一致。下部竹笋生长发育早于中、上部笋,对碳水化合物需求量大[40],同时,竹笋从母竹获取生长发育的能源物质时,下部需要维持一定库量,从而能够继续向上运输各种营养物质[41-42]。金佛山方竹笋下部总糖、还原糖、果糖、葡萄糖含量最高;适量的维生素摄入有益于增强机体免疫功能,竹笋下部维生素C的含量显著高于其他部位,远高于苦竹(Pleioblastus amarus)[43]和毛金竹(P. nigra var. henonis)[44];就黄酮含量而言,幼嫩的上部笋显著高于下部,而单宁含量低于早期发育的下部笋;金佛山方竹笋的各部位均含有丰富的矿质元素,K在维持人体酸碱平衡上发挥着关键作用,相关研究表明其对高血压患者具有良好的治疗作用[45]。竹笋上部K平均含量达到63.18 mg/g,高于Waikhom等[46]研究的15种竹笋中的K含量;P不仅参与植物体内糖类合成,还在糖类转化为脂类物质过程中发挥重要作用[47]。本研究中,P与粗脂肪含量从竹笋下部至上部含量先上升后下降,二者在中部含量最高;Mg是人体健康的重要营养元素之一,具有多种生理功能,金佛山方竹笋中部的Mg含量最高,达6.64 mg/g;Fe作为生物必需的微量元素对人体健康有直接影响,金佛山方竹笋下部Fe含量分别是上、中部的4.7、2.8倍,可较好地补充人体所需的铁;氨基酸是重要的蛋白来源,金佛山方竹笋上部的粗蛋白、总氨基酸及必需氨基酸含量均显著高于中部和下部。

综上,金佛山方竹笋出土高度关系到其营养品质和经济价值,从笋品质各指标考虑,金佛山方竹笋越幼嫩,综合口感和品质越佳;从经济价值考虑,竹笋高度越高,其笋产量和经济价值可实现最大化[48]。因此应根据笋加工企业的笋产品和人们需求目标,实现生产采收标准与笋品质的平衡。笋加工企业如以竹笋膳食纤维添加剂为产品,则需优选纤维含量高的竹笋;如以调味笋或鲜笋、笋干为目标,可选较幼嫩的口感好的竹笋。据统计,我国每年约60%竹笋用于加工[49],金佛山方竹笋兼备食用和药用价值,不同部位营养成分含量不同,在实际加工过程中需区别对待。金佛山方竹笋上部黄酮含量分别是中、下部的1.1、1.9倍,与巴西蜂蜜[50]相当,结合其氨基酸含量可以看出,3个部位中,竹笋上部的药用价值最高;金佛山方竹笋中部P、Mg和谷氨酸等鲜味氨基酸含量高于其他部位;金佛山方竹笋下部中Fe和Se等含量具有明显优势,下部Fe含量分别是上、中部的4.7、2.8倍,Se含量达到1.53 μg/g,二者含量均远高于多数绿色蔬菜,可用于富铁和富硒食品开发。本研究对不同出土高度和部位金佛山方竹笋的营养组分对比分析,可为金佛山方竹笋生产中的适时采收和产品加工提供科学参考,为竹笋的开发利用如微量元素、营养及功能成分等的提取提供理论依据。

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(责任编辑 李燕文)

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