Determination of Dihydroquercetin in Dairy Products by HPLC
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摘要: 本研究旨在建立高效液相色谱法测定乳制品中新型食品添加剂二氢槲皮素含量。二氢槲皮素经乙腈/水溶液提取,含亲水基团的二乙烯基苯/聚苯乙烯共聚物萃取小柱(HLB或PLS)净化,C18反向色谱柱分离后紫外检测器进行检测。方法学结果表明,二氢槲皮素线性范围为0.5~20.0 μg/mL,线性相关系数为0.9997,不同类别样品回收率范围为86.0%~101.0%,精密度RSD为2.06%(n=6)。本方法重现性好,准确度高,可以为食品中二氢槲皮素的检测研究及国家标准的建立提供参考依据。
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关键词:
- 乳制品 /
- 二氢槲皮素 /
- 新型食品添加剂 /
- 二乙烯基苯/聚苯乙烯共聚物萃取小柱 /
- 高效液相色谱法
Abstract: The aim of this study was to establish a method for the determination of dihydroquercetin, a new food additive, in dairy products by High-performance liquid chromatography. The dihydroquercetin was extracted by acetonitrile /water solution, then was purified by extraction column with Polystyrene / divinylbenzene Copolymer (HLB or PLS). After separation by C18 reversed-phase chromatographic column, the content of dihydroquercetin was detected by the UV detector detection. The results showed that the linear range of dihydroquercetin was 0.5~20 μg/mL, the linear correlation coefficient was 0.9997, the recovery range of different kinds of samples was 86.0%~101%, the precision RSD was 2.06% (n=6).The method has good reproducibility and high accuracy. It can provide reference for the determination of dihydroquercetin in food and the establishment of national standard. -
二氢槲皮素别名花旗松素,属于二氢黄酮类化合物[1-2],由其结构式可知(见图1),二氢槲皮素含有邻位二羟基独特结构,较一般的生物类黄酮化合物更具有优越的抗氧化性能[3-4],被广泛用作生物活性剂[5-7],也是一种安全的新型食品添加剂[8-9]。目前二氢槲皮素主要来源于落叶松[10-11]、水红花[12-13]、柘木[14]、野生刺葡萄[15]等50多种植物。有研究报道,俄罗斯及欧盟多国已将二氢槲皮素列入食品添加剂类别,主要在奶类制品、动植物油、肉类制品保存保鲜中有较为广泛的应用,还开发出相应的功能型饮料和其他食品[16-18]。作为一种安全的强效抗氧化添加剂,二氢槲皮素可有效延长食品保存周期。
2018年3月21日,欧盟委员会发布(EU)2017/461号法例,根据欧洲议会和理事会(EC)第2015/2283号法规,授权二氢槲皮素提取物作为新型食品成分投放于欧盟市场,并修订欧盟委员会实施细则(EU)2017/2470,该法规定了二氢槲皮素用于食品中的限量和标签要求[19],规定奶粉最大使用量为0.052 g/kg,原味酸奶/水果酸奶最大使用量为0.020 g/kg,脱脂奶最大使用量0.005 g/kg,奶油最大使用量为0.070 g/kg,高加索发酵乳最大使用量为0.008 g/kg,牛油最大使用量为0.164 g/kg,起司最大使用量为0.090 g/kg,巧克力糖果最大使用量为0.070 g/kg,无酒精饮料最大使用量为0.020 g/kg。二氢槲皮素作为一种二氢黄酮类化合物,食用过量可能会产生毒副作用[20],该法例规定了一般人群使用剂量不超过100 mg/d。
目前我国针对二氢槲皮素尚无添加限量规定,也没有相关的检测标准。有关二氢槲皮素检测研究的报道不多,主要为中药材及原料提取物含量的研究[21-24],如巴寅颖等[21]采用高效液相色谱法测定芪红水煎剂中花旗松素和槲皮素的含量,张卫鹏等[22]对长白落叶松中花旗松素进行结构鉴定及含量研究,牛生洋等[15]对中国野生刺葡萄不同品种不同部位的花旗松素进行了研究。本文旨在以乳粉及乳制品为样品,开发建立二氢槲皮素的检测分析方法,为食品中二氢槲皮素的检测研究及国家标准的建立提供参考依据。
1. 材料与方法
准确称取10 mg二氢槲皮素标准品,加入适量甲醇溶解,转移定容至100 mL容量瓶,配制成100 μg/mL二氢槲皮素标准储备液。分别准确移取0.5、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0 mL标准储备液于10 mL容量瓶中,甲醇定容至刻度,配得浓度为0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0 μg/mL系列标准工作液。
1.1 材料与仪器
二氢槲皮素标准品(CAS 480-18-2,纯度99.4 %) 德国Dr.Ehrenstorfer 公司;冰乙酸、磷酸 分析纯 国药集团;乙腈、甲醇 色谱纯 国药集团;固相萃取小柱ProElut PLS(200 mg/6 mL) 迪马公司;奶粉、牛奶、酸奶、奶酪等 购自市场。
Agilent 1260高效液相色谱仪 安捷伦科技有限公司;Milli-Q超纯水仪 德国默克密理博公司;M37610-33涡旋振荡器 赛默飞世尔公司;SHZ-W恒温水浴锅 常州万顺仪器制造有限公司;US-30D超声波振荡仪 北京中科仪公司;TD-6高速离心机 万和仪器制造公司;HPD-25固相萃取装置 色谱科公司;MTN-2800W氮吹浓缩仪 天津奥特赛恩斯仪器公司。
1.2 实验方法
1.2.1 试样制备及测定
准确称取10 mg二氢槲皮素标准品,加入适量甲醇溶解,转移定容至100 mL容量瓶,配制成100 μg/mL二氢槲皮素标准储备液。分别准确移取0.5、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0 mL标准储备液于10 mL容量瓶中,甲醇定容至刻度,配得浓度为0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0 μg/mL系列标准工作液。
奶粉等固体试样称取5.0 g(精确至0.01 g),加入5 mL热水混匀溶解;牛奶、酸奶、乳饮料等液体试样称取5.0 g(精确至0.01 g)。加入乙腈15 mL,涡旋混匀后超声提取15 min,4000 r/min离心3 min后转移上清液,再加入20 mL乙腈/水(3/1)重复提取1次,合并上清液,80 ℃水浴减压浓缩至5 mL以下,温热水少量多次转移至15 mL比色管待净化。PLS柱经活化后,待净化液全部上样过柱净化,依次加入3 mL水、3 mL 10%甲醇水溶液淋洗,挤压干,加入3 mL甲醇洗脱,收集洗脱液,氮吹浓缩,甲醇定容至1 mL,过PTFE微孔滤膜(0.45 μm),作为供试液待测。
奶油、奶酪样品称取5.0 g(精确至0.001 g),加入5 mL热水涡旋至稠状,加入5 mL正己烷涡旋混匀,加入15 mL乙腈,合并乙腈层提取液,按以上步骤浓缩净化。
1.2.2 液相色谱参考条件
色谱柱:AQ-C18(4.6 mm×150 mm,5 μm);流速:1.0 mL/min;流动相:甲醇:1%冰乙酸=40:60;进样量:10 μL;柱温:30 ℃;二极管阵列检测器检测波长:290 nm;洗脱时间:14 min。
1.3 数据处理
通过与Agilent 1260仪器配套的Agilent OpenLAB色谱处理软件完成数据采集分析,采用Excel软件进行图形绘制及处理,结果统计为3次平行测定结果。
2. 结果与分析
2.1 提取剂的选择
因乳粉及乳制品基质复杂,含有大量蛋白质及脂类,对后续提取等操作步骤影响极大,须去除干扰,才能准确检测分析二氢槲皮素。考虑二氢槲皮素具有易溶于乙醇、甲醇、乙酸、热水等的特点[2],蛋白质在酸性环境中等电点附近可以产生沉淀,高比例有机相可以沉淀蛋白,此外亚铁氰化钾和乙酸锌也可以沉淀蛋白。结合以上经验,本试验对7种提取方式进行考察研究,分别为1%三氯乙酸、3%乙酸、乙腈/水(3/1)、甲醇/水(3/1)、乙腈/水(3/1,含1%甲酸)、甲醇/水(3/1,含1%甲酸)、水提取后加入0.5 mL沉淀试剂(150 mg/mL亚铁氢化钾和300 mg/mL乙酸锌)。
试验发现,三氟乙酸、乙酸、水提取加沉淀剂三种方式二氢槲皮素回收率较低,乙腈/水、甲醇/水沉淀效果好、回收率高。乙腈/水、甲醇/水提取液中加入1%的甲酸,提取溶剂酸环境对样品中二氢槲皮素的提取效率基本没有影响。考虑到乙腈/水提取净化效果优于甲醇/水,更有利于后续操作,最终选择乙腈/水(3/1)作为提取试剂,不同提取方式试验结果如表1。
表 1 不同提取方式蛋白沉淀现象及回收率比较Table 1. Comparison of purification effect and recovery rate of protein extracted by different methods沉淀方法 沉淀现象及效果 回收率(%) 1%三氟乙酸 沉淀效果不佳,样液稍混 45.5±2.3 3%乙酸 沉淀效果不佳,样液稍混 52.8±2.1 乙腈/水(3/1) 沉淀效果佳,样液澄清 99.7±1.4 甲醇/水(3/1) 沉淀效果佳,样液稍混 96.6±2.4 乙腈/水(3/1,含1%甲酸) 沉淀效果佳,样液澄清 99.8±1.8 甲醇/水(3/1,含1%甲酸) 沉淀效果佳,样液稍混 95.1±1.9 水提取后加0.5 mL沉淀剂 沉淀效果佳,样液澄清 29.3±3.1 2.2 净化柱选择
由二氢槲皮素分子结构式可知,其苯环上多为酚羟基,推断呈弱极性,故尝试选取硅胶和二乙烯苯/N-乙烯基吡咯烷酮两种类型填料固相萃取小柱进行试验,包括ProElut C18(500 mg/6 mL)、ProElut C18-U(500 mg/6 mL)、ProElut PLS(200 mg/6 mL)和Oasis HLB(500 mg/6 mL)四种净化小柱(见表2)。不同固相萃取小柱经活化后,对同一加标样品进行上样净化,二氢槲皮素上样量为100 μg,依次使用3 mL水和10%甲醇淋洗,最终3 mL甲醇洗脱,以考察不同固相萃取小柱对二氢槲皮素的净化效果及回收率。试验结果表明,在相同条件下,所有小柱均能起到较好的净化作用,ProElut C18-U、PLS回收率较高分别为94.6%和98.9%,ProElut C18在淋洗阶段二氢槲皮素有较大损失,回收率为82.1%,Oasis HLB推测由于柱容量较大,此洗脱条件洗脱不完全,回收率仅72.4%。分析认为,由于ProElut C18 硅胶键合C18后进行了封端处理,其硅胶基质表面残余的硅羟基较ProElut C18-U少,削弱了与苯环结构上羟基的极性相互作用,使得二氢槲皮素在淋洗阶段被洗脱,而PLS柱含有亲水性的乙烯基吡咯烷酮和疏水性的二乙烯基苯共聚物,对极性、非极性化合物均有较均衡的吸附作用[25],所以回收率较好。考虑保留性能及柱容量等因素,本研究后续选择ProElut PLS(200 mg/6 mL)作为净化小柱。
表 2 不同SPE柱回收率比较Table 2. Comparison of recovery rates of different SPE columns序号 SPE柱型号及规格 回收率(%) 1 ProElut C18(500 mg/6 mL) 82.1±1.7 2 ProElut C18-U(500 mg/6 mL) 94.6±1.3 3 ProElut PLS(200 mg/6 mL) 98.9±1.1 4 Oasis HLB(500 mg/6 mL) 72.4±2.2 2.3 流动相及波长的选择
根据查阅的文献资料[21-22],目前分析二氢槲皮素流动相主要为含乙酸或磷酸的甲醇水溶液。为探索流动相的影响因素,优化色谱条件,本次研究拟对不同流动相进行比较,探索流动相对二氢槲皮素的保留时间及峰形的影响(见表3)。试验发现,当有机相甲醇比例为40%时,二氢槲皮素可以和干扰峰较好分离,出峰时间在10 min左右,较为适宜。在流动相中添加乙酸、磷酸或三氟乙酸,对二氢槲皮素峰形均可以起到一定的改善作用,柱效更高。乙酸比例越高,二氢槲皮素出峰越快、峰形越好,综合考虑保留时间、峰形及色谱柱的pH耐受性,本研究选择甲醇-1.0%乙酸作为色谱分析流动相。
表 3 流动相对二氢槲皮素保留时间及峰形影响结果Table 3. Effect of mobile phase on retention time and peak shape of dihydroquercetin流动相 pH 保留时间(min) 峰高(mAU) 峰面积(mAU×s) 甲醇-水 / 9.568 133.5 2641 甲醇-0.1%乙酸 3.34 9.258 152.9 2760 甲醇-0.5%乙酸 3.01 8.987 153.4 2751 甲醇-1.0%乙酸 2.83 8.585 159.7 2770 甲醇-2.0%乙酸 2.64 7.899 177.1 2774 甲醇-0.1%磷酸 2.24 8.638 163.8 2765 甲醇-0.1%三氟乙酸 2.04 9.267 147.8 2781 注:流动相甲醇比例均为40%。 采用二极管阵列检测器对二氢槲皮素标样在200~800 nm范围进行光谱扫描,光谱图见图2。考虑在低波段很多杂质吸收干扰,选择290 nm为检测波长。标样、空白样品及加标样品图谱分别见图3~图5。
2.4 稳定性试验
研究二氢槲皮素的光热稳定性,对二氢槲皮素对照品的存放及前处理温度控制有较好的指导意义,所以本实验取3组浓度为20 μg/mL的二氢槲皮素标准溶液,分别光照、50 ℃水浴和100 ℃水浴,每隔一定时间测定一次,以考察二氢槲皮素在不同条件下的光热稳定性,试验结果如图6。试验结果可知,室温光照条件对二氢槲皮素稳定性影响较小,50 ℃水浴在6.5 h之内可缓慢降解约10%,100 ℃水浴在6.5 h之内可降解约70%,所以高温对二氢槲皮素稳定性影响较大,在工艺研究及检测前处理分析应作为一个重点关注因素。
2.5 滤膜影响
实验发现,采用尼龙滤膜过滤20 μg/mL二氢槲皮素液体标样,峰面积响应值降低约50%,表明尼龙材质会对二氢槲皮素有较强吸附,宜采用PTFE微孔滤膜过滤样品。
2.6 方法学考察
2.6.1 线性范围考察
按优化的色谱条件,对系列二氢槲皮素标准溶液进行测定,通过浓度对峰面积的线性拟合可知,二氢槲皮素在0.5~20 μg/mL范围内具有良好的线性关系,线性方程为Y=29.1X+0.74,线性相关系数为0.9997。
2.6.2 加标回收试验
选取奶粉、牛奶、风味酸奶、奶酪四个种类空白样品进行3个水平的加标回收实验,加标量分别为0.5、2.0和20.0 mg/kg,按前述1.2中实验方法进行样品处理及分析测定,试验结果如下表4。根据结果可知,四个种类样品3个水平回收率范围为86.0%~101%。
表 4 加标回收率试验结果Table 4. Results of standard recovery experiment样品类别 加标量(mg/kg) 测定值(mg/kg) 回收率(%) 奶粉 0.5 0.46 92.0 2.0 1.75 87.5 20.0 19.06 95.3 牛奶 0.5 0.47 94.0 2.0 1.83 91.7 20.0 19.25 96.3 风味酸奶 0.5 0.47 94.0 2.0 1.86 93.0 20.0 20.16 101.0 奶酪 0.5 0.43 86.0 2.0 1.86 93.0 20.0 18.36 91.8 2.6.3 精密度试验
选一空白液态奶样品,按2 mg/kg加入二氢槲皮素标样,充分混匀后进行样品处理及分析测定,平行重复实验6次,计算相对标准偏差RSD,结果如表5所示,结果表明,该方法精密度较好,计算RSD值为2.06%
表 5 精密度试验结果Table 5. Results of precision experiment加标量
(mg/kg)实测值
(mg/kg)回收率
(%)实测平均值
(mg/kg)标准偏差 RSD
(%)2 1.89 94.5 2 1.92 96.0 2 1.94 97.0 1.89 0.0389 2.06 2 1.91 95.5 2 1.87 93.5 2 1.82 91.0 2.6.4 方法检出限
将按二氢槲皮素标准供试液进行稀释至3倍信噪比,确定为检出限,稀释至10倍信噪比,确定为定量限。本方法二氢槲皮素检出限为0.01 mg/kg,定量限为0.1 mg/kg。
2.7 实际样品分析
鉴于二氢槲皮素属于一种新型食品添加剂,目前国内市场应用很少,也未曾有相关风险监测评估报道,依据查阅的文献资料及欧盟法规,选择20批次奶粉、液态奶、乳饮品及奶油奶酪进行试验,原产地涉及国内及欧美各地区。实际样品中二氢槲皮素的摸查情况结果见表6。统计结果表明,市售样品中二氢槲皮素检出率为10%(样品基数n=20)。
表 6 实际样品分析结果统计表Table 6. Statistical table of actual sample analysis results编号 样品类别 样品名称 产地 生产日期 检出情况及含量结果(mg/kg) 1 奶粉 婴儿配方奶粉 黑龙江 2019.06.26 未检出 2 奶粉 幼儿配方奶粉 黑龙江 2019.06.26 未检出 3 奶粉 幼儿配方羊奶粉 陕西 2019.08.12 未检出 4 奶粉 女士高铁高钙奶粉 湖南 2019.10.13 未检出 5 牛奶 纯牛奶 内蒙古 2020.08.20 未检出 6 牛奶 儿童成长奶 俄罗斯 2020.05.23 未检出 7 牛奶 儿童成长奶 澳大利亚 2020.05.23 未检出 8 牛奶 无乳糖舒化奶 内蒙古 2020.07.19 未检出 9 牛奶 全脂纯牛奶 德国 2020.03.20 未检出 10 牛奶 脱脂纯牛奶 澳大利亚 2020.03.20 未检出 11 乳饮品 哈密瓜牛奶饮料 韩国 2020.04.03 未检出 12 乳饮品 橙味含乳饮料 泰国 / 未检出 13 乳饮品 风味酸牛奶 内蒙古 2020.08.28 未检出 14 乳饮品 巴氏风味乳 湖南 2020.08.26 未检出 15 奶油奶酪 高温灭菌稀奶油 法国 2020.01.07 未检出 16 奶油奶酪 黄油(无盐) 荷兰 2020.05.25 检出(小于0.1 mg/kg) 17 奶油奶酪 芝士片(再制干酪) 天津 2020.07.25 未检出 18 奶油奶酪 奶油奶酪(再制干酪) 奥地利 2020.04.28 未检出 19 奶油奶酪 三角芝士(再制干酪) 德国 2020.07.25 未检出 20 奶油奶酪 奶油奶酪(原味) 美国 2020.02.25 检出(小于0.1 mg/kg) 3. 结论
建立了奶粉、酸奶、奶油等乳制品中二氢槲皮素高效液相色谱测定法,对提取试剂、净化柱、流动相及波长等条件进行探索和优化,从回收率、精密度、检出限等方面进行方法验证,对实际样品中二氢槲皮素含量进行分析调查。精密度RSD值为2.06%,加标回收率范围为86.0%~101.0%,定量限为0.1 mg/kg,试验结果表明,此方法可靠,重现性好,对市售样品检测分析,检出率达10%,可以为二氢槲皮素国家标准的建立及标准限量的指定提供参考依据。
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表 1 不同提取方式蛋白沉淀现象及回收率比较
Table 1 Comparison of purification effect and recovery rate of protein extracted by different methods
沉淀方法 沉淀现象及效果 回收率(%) 1%三氟乙酸 沉淀效果不佳,样液稍混 45.5±2.3 3%乙酸 沉淀效果不佳,样液稍混 52.8±2.1 乙腈/水(3/1) 沉淀效果佳,样液澄清 99.7±1.4 甲醇/水(3/1) 沉淀效果佳,样液稍混 96.6±2.4 乙腈/水(3/1,含1%甲酸) 沉淀效果佳,样液澄清 99.8±1.8 甲醇/水(3/1,含1%甲酸) 沉淀效果佳,样液稍混 95.1±1.9 水提取后加0.5 mL沉淀剂 沉淀效果佳,样液澄清 29.3±3.1 表 2 不同SPE柱回收率比较
Table 2 Comparison of recovery rates of different SPE columns
序号 SPE柱型号及规格 回收率(%) 1 ProElut C18(500 mg/6 mL) 82.1±1.7 2 ProElut C18-U(500 mg/6 mL) 94.6±1.3 3 ProElut PLS(200 mg/6 mL) 98.9±1.1 4 Oasis HLB(500 mg/6 mL) 72.4±2.2 表 3 流动相对二氢槲皮素保留时间及峰形影响结果
Table 3 Effect of mobile phase on retention time and peak shape of dihydroquercetin
流动相 pH 保留时间(min) 峰高(mAU) 峰面积(mAU×s) 甲醇-水 / 9.568 133.5 2641 甲醇-0.1%乙酸 3.34 9.258 152.9 2760 甲醇-0.5%乙酸 3.01 8.987 153.4 2751 甲醇-1.0%乙酸 2.83 8.585 159.7 2770 甲醇-2.0%乙酸 2.64 7.899 177.1 2774 甲醇-0.1%磷酸 2.24 8.638 163.8 2765 甲醇-0.1%三氟乙酸 2.04 9.267 147.8 2781 注:流动相甲醇比例均为40%。 表 4 加标回收率试验结果
Table 4 Results of standard recovery experiment
样品类别 加标量(mg/kg) 测定值(mg/kg) 回收率(%) 奶粉 0.5 0.46 92.0 2.0 1.75 87.5 20.0 19.06 95.3 牛奶 0.5 0.47 94.0 2.0 1.83 91.7 20.0 19.25 96.3 风味酸奶 0.5 0.47 94.0 2.0 1.86 93.0 20.0 20.16 101.0 奶酪 0.5 0.43 86.0 2.0 1.86 93.0 20.0 18.36 91.8 表 5 精密度试验结果
Table 5 Results of precision experiment
加标量
(mg/kg)实测值
(mg/kg)回收率
(%)实测平均值
(mg/kg)标准偏差 RSD
(%)2 1.89 94.5 2 1.92 96.0 2 1.94 97.0 1.89 0.0389 2.06 2 1.91 95.5 2 1.87 93.5 2 1.82 91.0 表 6 实际样品分析结果统计表
Table 6 Statistical table of actual sample analysis results
编号 样品类别 样品名称 产地 生产日期 检出情况及含量结果(mg/kg) 1 奶粉 婴儿配方奶粉 黑龙江 2019.06.26 未检出 2 奶粉 幼儿配方奶粉 黑龙江 2019.06.26 未检出 3 奶粉 幼儿配方羊奶粉 陕西 2019.08.12 未检出 4 奶粉 女士高铁高钙奶粉 湖南 2019.10.13 未检出 5 牛奶 纯牛奶 内蒙古 2020.08.20 未检出 6 牛奶 儿童成长奶 俄罗斯 2020.05.23 未检出 7 牛奶 儿童成长奶 澳大利亚 2020.05.23 未检出 8 牛奶 无乳糖舒化奶 内蒙古 2020.07.19 未检出 9 牛奶 全脂纯牛奶 德国 2020.03.20 未检出 10 牛奶 脱脂纯牛奶 澳大利亚 2020.03.20 未检出 11 乳饮品 哈密瓜牛奶饮料 韩国 2020.04.03 未检出 12 乳饮品 橙味含乳饮料 泰国 / 未检出 13 乳饮品 风味酸牛奶 内蒙古 2020.08.28 未检出 14 乳饮品 巴氏风味乳 湖南 2020.08.26 未检出 15 奶油奶酪 高温灭菌稀奶油 法国 2020.01.07 未检出 16 奶油奶酪 黄油(无盐) 荷兰 2020.05.25 检出(小于0.1 mg/kg) 17 奶油奶酪 芝士片(再制干酪) 天津 2020.07.25 未检出 18 奶油奶酪 奶油奶酪(再制干酪) 奥地利 2020.04.28 未检出 19 奶油奶酪 三角芝士(再制干酪) 德国 2020.07.25 未检出 20 奶油奶酪 奶油奶酪(原味) 美国 2020.02.25 检出(小于0.1 mg/kg) -
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