食品微生物检测技术和方法概论

44

食品工程

2006年第4期

12月出版

!

・食品分析・

!!!!!!

!

摘要食品微生物检测技术和方法已由培养水平向分子水平迈进。介绍了几种新的检测技术和方法的原理和特点,并进行了比较,展望了检测技术的发展方向。

关键词食品微生物检测技术方法

AbstactsDetectiontechnologyandmethodsinfoodmicroorganismhavedevelopedfromcultureleveltomoleculelevel.Severalnewdetectiontechnologyandmethodswereintroduced,suchastheirprincipleandcharacteristicandwerealsodrawedacomparison.Theprospectofdetectiontechnologywaslookedforward.keywordsFoodmicroorganismDetectiontechnologyMethods

近年来,世界各国都相继发生了重大的食品安全事件,如2001年德国发生的“疯牛病”和2005年东南亚发生的“禽流感”,从而给食品安全敲响了警钟。随着食品工业的发展以及对食品安全的重视,传统分析方法已经远不能满足食品检测的需要。迫切需求灵敏度更高、特异性更强、简便快捷的食品安全检测技术和方法,建立和完善适应国际贸易的食品安全微生物检测技术和体系迫在眉睫。因此,近几年世界各国的许多机构和学者都致力于快速检测技术和方法的研究,已改进和开发了一些快速的检测技术和方法,微生物检测技术已由培养水平逐步向分子水平迈进,现概述如下。

*李

勤,女,1965年出生,1987年毕业于四川工商职业技术学院食品发酵专业,实验师。2006-10-10收稿日期:

!!!!!!

食品微生物检测技术和方法概论

Outlineofdetectiontechnologyandmethodsinfoodmicroorganism

勤*

(四川工商职业技术学院,都江堰611830)

LiQin*

(Sichuantechnologyandbusinesscollege,Dujiangyan611830,China)

1改进微生物培养法

改进微生物培养法就是对传统方法的改进,主

要通过加入抑菌剂、指示剂、荧光物质,经预处理缩短增菌时间,合并检验步骤,使培养和鉴定一步完成,从而达到快速检测的目的。常用的方法有疏水网膜法(HGMF),他是对常规平皿画线法的改进。样品用疏水网膜过滤,要检测的微生物被捕获在疏水网膜的小格中,在接种后的疏水网膜上倾入适当的琼脂,经一定时间培养后即可计数,由于菌落都是正方形,人工或机械计数都很方便,可用于酵母菌、霉菌的计数,沙门氏菌、大肠杆菌(大肠菌群)的检测。

葡萄糖苷酶萤光法是在培养基中加入指示剂、色素、荧光物质,也是快速检验大肠菌类细菌的常用方法。另一种方法是直接荧光过滤膜技术(DEFT),他是利用紫外光显微镜来快速测定活菌数。首先用一特殊滤膜过滤样品,经吖啶橙染色后,用紫外光显微镜观察,活细胞呈橙色荧光,而死细胞呈绿色荧光。

2免疫学方法

免疫学技术是以抗原和抗体的特异性结合反应为基础,再辅以免疫放大技术来鉴别细菌,通过病原物刺激机体产生免疫球蛋白(抗体)的方法。免疫方法的优点是样品在进行选择性增菌后,不需分离即可采用免疫技术进行筛选。由于免疫法有较高灵敏度,样品经增菌后可在较短的时间内达到检出

2006年第4期12月出版

食品工程45

度,抗原和抗体的结合反应可在很短时间内完成。因此免疫学法在食品微生物检测中应用最广。通常根据检测技术的不同可分为免疫扩散反应、凝集反应、免疫荧光反应、酶免疫等测定方法。2.1

免疫扩散反应

免疫扩散反应指抗体在液体或固体培养基中结合成不溶的抗原抗体复合物,产生可见的沉淀物,这种反应可在液体或固体培养基中进行。Salmonella1-2TestTM和VIP免疫扩散试剂条便是此类产品。2.2

凝集反应

凝集反应是通过将特异性的抗体包被在乳胶颗

3分子生物学方法

标准平皿计数虽然是测定食品中活菌的标准方法,但其培养、筛选、鉴定方法操作繁琐,耗时长,且仅能测定活菌的总数,对一些特定的病原菌和污染菌无法实现定性和定量检测,对已杀菌或灭活的食物更是无能为力,而分子生物学检测方法则可针对病原微生物的核酸分子特征进行鉴定,表现出了较大的优越性。3.1

核酸探针技术

核酸探针是指带有标记的特异DNA片断。根

粒上,通过抗体与相应的细菌抗原结合,产生肉眼可见的凝集反应。通常此法需获得细菌纯培养物,再将培养物与致敏乳胶反应。此法可用于鉴定大肠杆菌O157和H7等。2.3免疫荧光反应

免疫荧光反应是指用荧光素标记的抗体检测抗原或抗体的免疫学标记技术。当用荧光标记后的抗体与特异性的抗原反应时,所形成的荧光抗原抗体复合物可通过仪器检测出来。免疫荧光技术在实际应用上主要有直接法和间接法。直接法是在检测样品上直接滴加已知的特异性荧光标记的抗血清,再经洗涤后在荧光显微镜下观察结果。间接法是在检样上滴加已知细菌特异性抗体,待作用后经洗涤,再加入荧光标记的第二抗体。免疫荧光直接法可清楚地观察抗原并用于定位标记观察。免疫荧光反应可用来检测沙门氏菌、李斯特菌、葡萄球菌毒素、E.ColiO157和单核细胞增生李斯特氏菌等。2.4酶免疫测定

酶免疫测定(EIA)根据抗原抗体反应是否需要分离结合和游离的酶标记物而分为均相和非均相两种类型。非均相法较常用,他包括液相与固相两种免疫测定法。非均相酶固相免疫测定法即ELISA是最常用的,该法是将抗原或抗体结合到固相载体表面,再将抗原或抗体特定基团与酶交联成酶结合物,当酶结合物同相应的抗原或抗体结合后,则形成酶-抗原抗体复合物,酶遇到相应底物时,可以催化产物水解、氧化或还原,从而产生有色物质。检测时根据有色物质的有无及其深浅,即可间接推断被检样品中有无相应抗原或抗体存在和数量多少,从而达到定性和定量的目的。

据碱基互补原则,核酸探针能特异性地与目的DNA杂交,最后用特定的方法测定标记物。探针标记方式分为放射性标记、非放射性标记。放射性标记的核酸探针的特异性非常强,检测病原微生物速度比常规方法快得多。目前用的较多的是用生物素———抗生物素蛋白系统标记的非放射性核酸探针,该探针已在沙门氏菌、产肠毒素大肠杆菌及乙型肝炎病毒检测中得到了广泛应用。3.2聚合酶链式反应(PCR)技术

基因探针技术虽已广泛应用,但主要问题是灵敏度不够高,检测一种菌就需要制备一种探针,虽然检测速度快,但要达到检测量还要对样品进行一定时间的培养,使基因探针技术应用受到一些限制。1983年Millus和Cetus发明了最基本的扩增DNA或增加样品中特殊核苷酸片段数量的方法———聚合酶链式反应即PCR技术,这在一定程度上解决了基因探针所存在的问题。其原理为通过加热使双链DNA裂解成两条单链,成为引物和DNA聚合酶的模板;然后降低温度,使寡聚核苷酸引物与DNA分子上的互补序列退火。通常退火温度越高,扩增特异性越好。然后升高温度,酶促延伸引物与DNA配对合成模板,合成的DNA片断越大,所需时间越长。如此重复上述加热变性双链、引物退火和链延伸的循环过程,每次循环将靶DNA扩增一倍,典型扩增经过40次循环能引起100万倍的扩增。最后用凝胶电泳、比色测定及紫外核酸检测仪等观察扩增结果。

研究表明,在PCR反应中引入Taq聚合酶能使反应得以半自动化和简化反应程序。用扩增DNA进行的PCR反应具有无与伦比的优越性。如用同位素标记两种基因(LacZ和LamB)的探针做PCR反应,检测水源中的E.Coli,检测量达到100%,这为快速准确的检测食品中污染的病原微生物带来

46食品工程

2006年第4期

12月出版

了曙光。利用PCR检测食品中的致病菌,可以对那些人工难以培养的微生物进行检测。目前已有自动化PCR检测试剂盒,使用更方便,如美国杜邦快立康公司的BAX+病原菌检测系统,可检测沙门氏菌、大肠杆菌O157、单增李斯特菌等。PCR法虽需增菌且需专用设备,但PCR技术是一项全新的快速、灵敏、准确的检测技术,在细菌诊断方面具有广阔的应用前景。

通过分析上述的检测方法可见,各种方法各有优点和不足。微生物培养法作为各种检测方法的基础,虽然耗时较长、效率较低,但他仍广泛应用于微生物的检测,作为其他方法的仲裁标准;与之相比分子生物学法不但快速、灵敏、特异性强,且适用于不常见或新的病源微生物的检测,但成本较高,且要求较高技术水平,大面积采用还有较大的难度,目前仅限于海关、商检等国家级高等机构及部门采用;而免疫法不但经济实用、重现性好、灵敏度和特异性也较强,特别是近几年发展的免疫试剂盒,不仅适用于防疫及卫生技术检测监督部门,还可在企业团体及日常家庭的卫生检测中使用,是一种非常有希望普及的快速检测方法。

(上接第36页)

表4茶浆中茶叶质量分数%

510

对照1.2g/100g2.19g/100g

随着社会的发展和科技进步,特别是近年来兴

起的基因芯片技术及自动微生物检测系统,将从根本上改变微生物的检测方法,一些新的微生物检验方法和手段将不断涌现,食品微生物检验技术将向高效率、高标准、高精度和高灵敏度的方向发展,必定对人类公共卫生、食品安全、营养健康与疾病预防等做出巨大贡献。123

参考文献

邬敏辰,食品工业生物技术[M].北京:化学工业出版社,2005:25-28.张宏新,马娜.食品中病原微生物快速检测方法研究进展[J].食品研究与开发,2005(,42):127-129.张志洁,韩剑众.食品微生物快速检测技术极其自动化研究进展[J].食品研究与开发,2003,24

(2):97-98.4唐春林,车振明.食品微生物快速检测技术研究56

进展[J].食品工程,2006,1:52-55.

张洁梅.食品微生物检验技术的研究进展[J].现代食品科技,2005,2:221-222.马恒太,赵笑云.食品微生物快速检测方法进展[J].中华实用中西医杂志,2005,18(17):928-929.

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

不同磨齿间隙超微粉碎茶浆中茶多酚溶出量

磨齿间隙5μm1.51g/100g2.72g/100g

10μm1.45g/100g2.61g/100g

15μm1.41g/100g2.53g/100g

12

参考文献赵海军,史建新.超微粉碎技术在食品加工中的应用[J].农产品加工,2004,4:28-29.俞建峰,袁惠新.超微粉碎的理论、实践及其对食品工业发展的作用[J].包装与食品机械,2001,19(1):5-10.武煜,顾振纶.茶多酚的药理学作用及其机制研究进展[J].中成药,2005,27(6):722-725.李跃伟,孙慕芳.不同粉碎度茶粉主要化学成分研究[J].信阳农业高等专科学校学报,2005,15(1):30-32.黄亚辉,陈晓阳,郑红发,等.两类绿茶及其超微茶粉主要生化成分的研究[J].茶叶通讯,2002,4:27-29.陈存社,刘玉峰.超微粉碎对小麦膳食纤维理化性质的影响[J].食品科技,2004,9:88-90.CADDENA.Comparativeeffectsofparticlesizere-ductiononphysicalstructureandwaterbindingpropertiesofseveralplantfibers[J].JournalofFoodSci,1987,52(6):1595-1599.

34

茶多酚物质以及以结合态存在的茶多酚物质之间的

化学键减弱、破坏,提高了游离茶多酚的含量,磨齿间隙越小,提供的破坏化学键的能量越大,化学键破坏增强。

3结论

67

采用胶体磨可实现茶叶的湿式超微粉碎,可获得粒度为小于25μm的微米级细小颗粒。超微粉碎后溶液仍为悬浊液,但溶质与溶剂不分层,与对照比较,磨齿间隙减小,茶粉的持水力、茶浆的黏度、茶多酚的溶出量都增加。

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食品工程

2006年第4期

12月出版

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・食品分析・

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摘要食品微生物检测技术和方法已由培养水平向分子水平迈进。介绍了几种新的检测技术和方法的原理和特点,并进行了比较,展望了检测技术的发展方向。

关键词食品微生物检测技术方法

AbstactsDetectiontechnologyandmethodsinfoodmicroorganismhavedevelopedfromcultureleveltomoleculelevel.Severalnewdetectiontechnologyandmethodswereintroduced,suchastheirprincipleandcharacteristicandwerealsodrawedacomparison.Theprospectofdetectiontechnologywaslookedforward.keywordsFoodmicroorganismDetectiontechnologyMethods

近年来,世界各国都相继发生了重大的食品安全事件,如2001年德国发生的“疯牛病”和2005年东南亚发生的“禽流感”,从而给食品安全敲响了警钟。随着食品工业的发展以及对食品安全的重视,传统分析方法已经远不能满足食品检测的需要。迫切需求灵敏度更高、特异性更强、简便快捷的食品安全检测技术和方法,建立和完善适应国际贸易的食品安全微生物检测技术和体系迫在眉睫。因此,近几年世界各国的许多机构和学者都致力于快速检测技术和方法的研究,已改进和开发了一些快速的检测技术和方法,微生物检测技术已由培养水平逐步向分子水平迈进,现概述如下。

*李

勤,女,1965年出生,1987年毕业于四川工商职业技术学院食品发酵专业,实验师。2006-10-10收稿日期:

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食品微生物检测技术和方法概论

Outlineofdetectiontechnologyandmethodsinfoodmicroorganism

勤*

(四川工商职业技术学院,都江堰611830)

LiQin*

(Sichuantechnologyandbusinesscollege,Dujiangyan611830,China)

1改进微生物培养法

改进微生物培养法就是对传统方法的改进,主

要通过加入抑菌剂、指示剂、荧光物质,经预处理缩短增菌时间,合并检验步骤,使培养和鉴定一步完成,从而达到快速检测的目的。常用的方法有疏水网膜法(HGMF),他是对常规平皿画线法的改进。样品用疏水网膜过滤,要检测的微生物被捕获在疏水网膜的小格中,在接种后的疏水网膜上倾入适当的琼脂,经一定时间培养后即可计数,由于菌落都是正方形,人工或机械计数都很方便,可用于酵母菌、霉菌的计数,沙门氏菌、大肠杆菌(大肠菌群)的检测。

葡萄糖苷酶萤光法是在培养基中加入指示剂、色素、荧光物质,也是快速检验大肠菌类细菌的常用方法。另一种方法是直接荧光过滤膜技术(DEFT),他是利用紫外光显微镜来快速测定活菌数。首先用一特殊滤膜过滤样品,经吖啶橙染色后,用紫外光显微镜观察,活细胞呈橙色荧光,而死细胞呈绿色荧光。

2免疫学方法

免疫学技术是以抗原和抗体的特异性结合反应为基础,再辅以免疫放大技术来鉴别细菌,通过病原物刺激机体产生免疫球蛋白(抗体)的方法。免疫方法的优点是样品在进行选择性增菌后,不需分离即可采用免疫技术进行筛选。由于免疫法有较高灵敏度,样品经增菌后可在较短的时间内达到检出

2006年第4期12月出版

食品工程45

度,抗原和抗体的结合反应可在很短时间内完成。因此免疫学法在食品微生物检测中应用最广。通常根据检测技术的不同可分为免疫扩散反应、凝集反应、免疫荧光反应、酶免疫等测定方法。2.1

免疫扩散反应

免疫扩散反应指抗体在液体或固体培养基中结合成不溶的抗原抗体复合物,产生可见的沉淀物,这种反应可在液体或固体培养基中进行。Salmonella1-2TestTM和VIP免疫扩散试剂条便是此类产品。2.2

凝集反应

凝集反应是通过将特异性的抗体包被在乳胶颗

3分子生物学方法

标准平皿计数虽然是测定食品中活菌的标准方法,但其培养、筛选、鉴定方法操作繁琐,耗时长,且仅能测定活菌的总数,对一些特定的病原菌和污染菌无法实现定性和定量检测,对已杀菌或灭活的食物更是无能为力,而分子生物学检测方法则可针对病原微生物的核酸分子特征进行鉴定,表现出了较大的优越性。3.1

核酸探针技术

核酸探针是指带有标记的特异DNA片断。根

粒上,通过抗体与相应的细菌抗原结合,产生肉眼可见的凝集反应。通常此法需获得细菌纯培养物,再将培养物与致敏乳胶反应。此法可用于鉴定大肠杆菌O157和H7等。2.3免疫荧光反应

免疫荧光反应是指用荧光素标记的抗体检测抗原或抗体的免疫学标记技术。当用荧光标记后的抗体与特异性的抗原反应时,所形成的荧光抗原抗体复合物可通过仪器检测出来。免疫荧光技术在实际应用上主要有直接法和间接法。直接法是在检测样品上直接滴加已知的特异性荧光标记的抗血清,再经洗涤后在荧光显微镜下观察结果。间接法是在检样上滴加已知细菌特异性抗体,待作用后经洗涤,再加入荧光标记的第二抗体。免疫荧光直接法可清楚地观察抗原并用于定位标记观察。免疫荧光反应可用来检测沙门氏菌、李斯特菌、葡萄球菌毒素、E.ColiO157和单核细胞增生李斯特氏菌等。2.4酶免疫测定

酶免疫测定(EIA)根据抗原抗体反应是否需要分离结合和游离的酶标记物而分为均相和非均相两种类型。非均相法较常用,他包括液相与固相两种免疫测定法。非均相酶固相免疫测定法即ELISA是最常用的,该法是将抗原或抗体结合到固相载体表面,再将抗原或抗体特定基团与酶交联成酶结合物,当酶结合物同相应的抗原或抗体结合后,则形成酶-抗原抗体复合物,酶遇到相应底物时,可以催化产物水解、氧化或还原,从而产生有色物质。检测时根据有色物质的有无及其深浅,即可间接推断被检样品中有无相应抗原或抗体存在和数量多少,从而达到定性和定量的目的。

据碱基互补原则,核酸探针能特异性地与目的DNA杂交,最后用特定的方法测定标记物。探针标记方式分为放射性标记、非放射性标记。放射性标记的核酸探针的特异性非常强,检测病原微生物速度比常规方法快得多。目前用的较多的是用生物素———抗生物素蛋白系统标记的非放射性核酸探针,该探针已在沙门氏菌、产肠毒素大肠杆菌及乙型肝炎病毒检测中得到了广泛应用。3.2聚合酶链式反应(PCR)技术

基因探针技术虽已广泛应用,但主要问题是灵敏度不够高,检测一种菌就需要制备一种探针,虽然检测速度快,但要达到检测量还要对样品进行一定时间的培养,使基因探针技术应用受到一些限制。1983年Millus和Cetus发明了最基本的扩增DNA或增加样品中特殊核苷酸片段数量的方法———聚合酶链式反应即PCR技术,这在一定程度上解决了基因探针所存在的问题。其原理为通过加热使双链DNA裂解成两条单链,成为引物和DNA聚合酶的模板;然后降低温度,使寡聚核苷酸引物与DNA分子上的互补序列退火。通常退火温度越高,扩增特异性越好。然后升高温度,酶促延伸引物与DNA配对合成模板,合成的DNA片断越大,所需时间越长。如此重复上述加热变性双链、引物退火和链延伸的循环过程,每次循环将靶DNA扩增一倍,典型扩增经过40次循环能引起100万倍的扩增。最后用凝胶电泳、比色测定及紫外核酸检测仪等观察扩增结果。

研究表明,在PCR反应中引入Taq聚合酶能使反应得以半自动化和简化反应程序。用扩增DNA进行的PCR反应具有无与伦比的优越性。如用同位素标记两种基因(LacZ和LamB)的探针做PCR反应,检测水源中的E.Coli,检测量达到100%,这为快速准确的检测食品中污染的病原微生物带来

46食品工程

2006年第4期

12月出版

了曙光。利用PCR检测食品中的致病菌,可以对那些人工难以培养的微生物进行检测。目前已有自动化PCR检测试剂盒,使用更方便,如美国杜邦快立康公司的BAX+病原菌检测系统,可检测沙门氏菌、大肠杆菌O157、单增李斯特菌等。PCR法虽需增菌且需专用设备,但PCR技术是一项全新的快速、灵敏、准确的检测技术,在细菌诊断方面具有广阔的应用前景。

通过分析上述的检测方法可见,各种方法各有优点和不足。微生物培养法作为各种检测方法的基础,虽然耗时较长、效率较低,但他仍广泛应用于微生物的检测,作为其他方法的仲裁标准;与之相比分子生物学法不但快速、灵敏、特异性强,且适用于不常见或新的病源微生物的检测,但成本较高,且要求较高技术水平,大面积采用还有较大的难度,目前仅限于海关、商检等国家级高等机构及部门采用;而免疫法不但经济实用、重现性好、灵敏度和特异性也较强,特别是近几年发展的免疫试剂盒,不仅适用于防疫及卫生技术检测监督部门,还可在企业团体及日常家庭的卫生检测中使用,是一种非常有希望普及的快速检测方法。

(上接第36页)

表4茶浆中茶叶质量分数%

510

对照1.2g/100g2.19g/100g

随着社会的发展和科技进步,特别是近年来兴

起的基因芯片技术及自动微生物检测系统,将从根本上改变微生物的检测方法,一些新的微生物检验方法和手段将不断涌现,食品微生物检验技术将向高效率、高标准、高精度和高灵敏度的方向发展,必定对人类公共卫生、食品安全、营养健康与疾病预防等做出巨大贡献。123

参考文献

邬敏辰,食品工业生物技术[M].北京:化学工业出版社,2005:25-28.张宏新,马娜.食品中病原微生物快速检测方法研究进展[J].食品研究与开发,2005(,42):127-129.张志洁,韩剑众.食品微生物快速检测技术极其自动化研究进展[J].食品研究与开发,2003,24

(2):97-98.4唐春林,车振明.食品微生物快速检测技术研究56

进展[J].食品工程,2006,1:52-55.

张洁梅.食品微生物检验技术的研究进展[J].现代食品科技,2005,2:221-222.马恒太,赵笑云.食品微生物快速检测方法进展[J].中华实用中西医杂志,2005,18(17):928-929.

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不同磨齿间隙超微粉碎茶浆中茶多酚溶出量

磨齿间隙5μm1.51g/100g2.72g/100g

10μm1.45g/100g2.61g/100g

15μm1.41g/100g2.53g/100g

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参考文献赵海军,史建新.超微粉碎技术在食品加工中的应用[J].农产品加工,2004,4:28-29.俞建峰,袁惠新.超微粉碎的理论、实践及其对食品工业发展的作用[J].包装与食品机械,2001,19(1):5-10.武煜,顾振纶.茶多酚的药理学作用及其机制研究进展[J].中成药,2005,27(6):722-725.李跃伟,孙慕芳.不同粉碎度茶粉主要化学成分研究[J].信阳农业高等专科学校学报,2005,15(1):30-32.黄亚辉,陈晓阳,郑红发,等.两类绿茶及其超微茶粉主要生化成分的研究[J].茶叶通讯,2002,4:27-29.陈存社,刘玉峰.超微粉碎对小麦膳食纤维理化性质的影响[J].食品科技,2004,9:88-90.CADDENA.Comparativeeffectsofparticlesizere-ductiononphysicalstructureandwaterbindingpropertiesofseveralplantfibers[J].JournalofFoodSci,1987,52(6):1595-1599.

34

茶多酚物质以及以结合态存在的茶多酚物质之间的

化学键减弱、破坏,提高了游离茶多酚的含量,磨齿间隙越小,提供的破坏化学键的能量越大,化学键破坏增强。

3结论

67

采用胶体磨可实现茶叶的湿式超微粉碎,可获得粒度为小于25μm的微米级细小颗粒。超微粉碎后溶液仍为悬浊液,但溶质与溶剂不分层,与对照比较,磨齿间隙减小,茶粉的持水力、茶浆的黏度、茶多酚的溶出量都增加。


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