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杜仲葉の炭水化物組成

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杜仲葉の炭水化物組成

CarbohydratecompositionoltheleavesofEucommL'a血 oJ'des

加 藤 陽

治*

YojiKATO*

論文要 旨

杜仲葉 の炭水 化物組成 を調べ た。杜 仲菓乾燥重量 の22.5%が単糖 ・オ リゴ糖 で,18.5%が細胞壁 を構成す る多糖類であ った.前者 はグル コース, フル ク トースお よび スク ロースであ り, その割合が58:8:34であ っ た.後者 のペ クチ ン様物質,‑ ミセル ロースお よびセル ロースの割合 は51:27:22であ った.ペ クチ ン様物 質画分 はア ラビナ ン,ガ ラクタン, あ るいはア ラビノガ ラクタンを側鎖 として有す る ラムノガ ラクツ ロナ ン が主要多糖 で あ った。ヘ ミセル ロース画分 は酸性ア ラビノキ シラン とキ シ ログル カンが主要 で,一部 中性糖 側鎖 の少 ない ラムノガ ラクツ ロナ ンが含 まれ ていた。

キー ワー ド :杜仲葉, ラムノガ ラクツ ロナ ン, キ シ ログル カン,酸性ア ラビノキ シラン

1.緒言

杜仲 (トチ ュウ,EucommJ'aulmol'des)は 中国の 四川省辺 りが原産地 で, トチ ュウ科 トチ ュウ属 ト チ ュウ とい う111種 の非常 に珍 しい樹木で あ る 1)。樹皮 は 中国で古 くか ら生薬 と して用 い ら れ,その効能 は利尿,強壮,降圧,強精作用等で あ る とされてい る2)。 その成分 として リグナ ン類 (pinoresinoldiglucoside,syringaresinoldiglucoside ど)お よびイ リ ドイ ド類 (geniposideな ど)な どが 報告 され ている3 8). また,杜仲 の葉 に も同様 な 薬理作用が ある こ とが示唆 され ている2)。 また, 杜 仲 の生理 活性 と して抗 酸 化活性9,10),抗HIV 1112), お よび コラーゲ ンの分解 ・合成能 力の 向 13,14)な ども報告 されてい る。 さ らに,杜仲樹皮 か ら熱水で抽 出 され,ア ラビノース,ガ ラク トー ス, グル コース, ラムノースお よびガ ラクツ ロン 酸が8:6:4:5:8か ら構成 され る多糖 に免疫 系 賦活活性 があ る こ とが報告 され てい る15,16)。 この よ うに種 々の有効成分 をふ くむ杜仲の葉か らは杜 仲茶が作 られ市販 され ている。一方,地域 に よっ ては,杜仲葉 をその まま天ぷ らな ど として食 に供 してい る。杜仲葉 に含 まれ る成 分 には,上述 リグ ナ ン類,イ リ ドイ ド類のほか にグ ッタペル カ とよ ばれ るガ ム状物質の存在 も知 られ てい る。 しか し, 杜仲 の葉 の炭水 化物 については十分な研 究がな さ

れ ていない。葉その ものの利用 を考 える と,杜仲 葉 に含 まれ る炭水化物全体 につ いて把握す るこ と も重要 であ る と考 え られ る。そ こで,本研 究では 杜仲葉 に含 まれ る炭水化物 の全容 を明 らか にす る

ことを 目的 とした。

2.美浜方法 1)材料

秋 田県 中仙 町 にて,6月初旬 に杜 仲 の葉 を 7 (生重量:13.562g)採取 した。 これ を凍結乾燥後, 乳鉢 で摩砕 した。収量 は3.972gであ った。

2)杜仲菓粉末 中の炭水化物 の抽 出 と分画

2‑1)単糖 ・オ リゴ糖 の抽 出

杜仲菓粉末 (3.972g)に300mlの80%エ タノール を加 え100℃で2時間加熱 した。冷却後,遠心操作 (5,000rpm,30分間) を行い上清 と沈殿 に分 け, 沈殿 は さ らに300mlの80%エ タノール で 同 じ操 作 を繰 り返 した。遠心沈殿 はアセ トン洗浄後乾燥 し 80%エ タノール不溶性画分」 (収量 :2.344g)

と した。遠心上清画分 はアセ トン洗浄液 と一緒 に して濃縮乾 固 した。 これ を蒸留水 に溶解 し遠心操 (5,000rpm,30分 間) を 行 い,可 溶 性 画 分 を

単糖 ・オ リゴ糖画分」 とした。

*弘前大学教育学部家政学科教室

DepartmentofHomeEconomics,FacultyofEducation,HirosakiUniverslty

(2)

164

2‑2)多糖の抽出分画

80%エタノール不溶性画分(2.344g)は常法17) 従 って,0.25%シュウ酸ア ンモニウム (loo,2

‑3時間,3回),4%お よび24%水酸化カ リウム ( れぞれ,室温,20‑24時間,2回)で順次抽出分画 を行い,ペ クチン様物質(ps),‑ ミセル ロースー

(HC‑I),ヘ ミセル ロー スーⅡ (HC‑II)画分 を得 た。最終抽出残連をセル ロース (CL)画分 とした。

ペ クチ ン様物質画分は,透析操作によ り透析膜 内 液の高分子画分 (ps‑H)と透析膜外液の低分子画 (ps‑L)に分 けた。

2‑3)PS‑HのDEAE‑SephadexA‑25カ ラ ム クロマ トグラフィー

ps‑H (104.7mgグルコース相当量)を28ml20mM 酢酸緩衝液 (pH5.0)に溶解,遠心操作 (3,000rpm, 30分)にて不溶物を除去 し,上清を同緩衝液で平 衡化 したDEAE‑SephadexA‑25カラム(3×7cm) のせた。 まず,240ml20mM酢酸緩衝液 (pH5.0) で溶出 した。次に,200mlの同緩衝液 と200ml1.0

M塩化ナ トリウムを含む同緩衝液 を用いて,塩化 ナ トリウムの濃度勾配 (0‑1.OM)に よる溶 出を 行 った。引き続 き150ml1,OM塩化ナ トリウムを 含む20mM酢酸緩衝液 (pH5.0)で溶出 した。その ,300ml0.5M水酸化ナ トリウムでの溶出を行 った。溶出液は10mlずつフラクシ ョンコレクター で試験管に集め,その中か ら適 当量 とりフェノー ル ・硫酸法18)にて全糖量 (Absorbanceat490nm) お よび カル バ ゾ ール ・硫 酸 法19)に て 酸 性 糖 量 (Absorbanceat530nm)を測定 した。試験管番号3

‑ 8,31‑39,40‑47,80‑83,お よび84‑92 それぞれ集め,PS‑H‑,PS‑H‑,PS‑H‑,PS‑

H‑IV,お よびps‑H‑V画分 とした。ps‑H‑〜PS‑

H‑Ⅰはそのまま,ps‑H‑1Vps‑H‑Vは酢酸で中 和後,脱塩水に対 して透析 し,透析内液を凍結乾 燥 した。

ps‑H‑(20mg)2ml20mM酸緩衝液(pH5.0) に溶解,遠心操作 (3,000rpm,30分)にて不溶物 を除 去 した 後,上 清 を 同緩 衝 液 で 平 衡 化 した DEA玉‑SephadexA‑25カラム (1.8×10cm)にのせ た。まず,50ml20mM酢酸緩衝液 (pH5.0)で溶 出 した。次に,200mlの同緩衝液 と200ml1.OM 塩化ナ トリウムを含む同緩衝液を用いて,塩化ナ トリウムの濃度勾配 (0‑1.OM)による溶 出を行 った。溶出液は5mlずつ集め,その中か ら適 当量 とり全糖量お よび酸性糖量を測定 した。試験管番

29‑31,32‑34,35‑38,39‑41,お よび42‑

49をそれぞれ集め,PS‑H‑ト1,PS‑H‑卜2,PS‑H‑

3,PS‑H‑卜4,お よびps‑H‑ト5画分 とした。

ps‑H‑1〜PS‑H‑H卜5は脱塩水に対 して透析 し, 透析内液を凍結乾燥 した。

2‑4)HC‑1のDEAE‑SephadexA‑25カラム クロマ トグラフィー

HC‑I(97.6mgグルコース相当量)を10ml20mM 酢酸緩衝液 (pH5.0)に溶解,遠心操作 (3,000rpm, 30分)にて不溶物 を除去 し,上清を同緩衝液で平 衡化 したDEAE‑SephadexA‑25カラム (3×7cm) のせた。まず,250ml20mM酢酸緩衝液 (pH5.0) で溶出 した。次に,200mlの同緩衝液 と200ml1.0

M塩化ナ トリウムを含む同緩衝液 を用いて,塩化 ナ トリウムの濃度勾配 (0‑1.OM)に よる溶 出を 行 った。引き続 き150ml1.OM塩化ナ トリウムを 含む20mM酢酸緩衝液 (pH5.0)で溶 出 したOその ,180ml0.5M水酸化ナ トリウムお よび180ml 0.5M水酸化ナ トリウムでの溶出を行 った。溶出液 10mlずつ集め,その中か ら適 当量 とり全糖量お よび酸性糖量 を測定 した。試験管番号2‑ 8,31

‑39,40‑45,84‑90,お よび91‑95をそれぞれ 集め,HC‑ト1,HC一卜2,HC‑ト3,HC一卜4,お よび HC一卜5画分 としたHC‑卜1‑HC一卜3はそのまま, HC一卜4HC‑卜5は酢酸で中和後,脱塩水に対 して 透析 し,透析内液 を凍結乾燥 した。

HC十 2(14mg)2ml20mM酸緩衝液 (pH5.0) に溶解,遠心操作 (3,000rpm,30分)にて不溶物 を除去 した上清 を同緩衝液で平衡 化 したDEAE‑

sephadexA‑25カ ラム (1.8×10cm)にのせ た。ま ,50ml20mM酢酸緩衝液(pH5.0)で溶出 した.吹 ,200mlの同緩衝液 と200ml1.OMの塩化ナ トリ ウムを含む同緩衝液 を用いて,塩化ナ トリウムの 濃度勾配 (0‑1.OM)に よる溶 出を行 った。溶 出 液は5mlずつ集め,その中か ら適 当量 とり全糖量 お よび酸性糖量を測定 した。試験管番号16‑19, 20‑22,23‑25,26‑29,お よび30‑35をそれぞ れ集め,HC一卜2a,HC一卜2b,HC一卜2C,HC‑I2 d,お よびHC一ト2‑e画分 としたHC一卜2a〜HC一 2eは脱塩水に対 して透析 し,透析内液 を凍結乾燥

した。

HC一卜3(long)2ml20mM酸緩衝液 (pH5.0) に溶解,遠心操作 (3,000rpm,30分)にて不溶物 を除 去 した 後,上 清 を 同緩 衝 液 で 平 衡 化 した DEAE‑SephadexA‑25カ ラム (1.8×10cm)にのせ

(3)

た。まず,50ml20mM酢酸緩衝液 (pH5.0)で溶 出 した。次に,200mlの同緩衝液 と200ml1.OM 塩化ナ トリウムを含む同緩衝液を用いて,塩化ナ トリウムの濃度勾配 (0‑1.OM)による溶出を行 った。溶出液は5mlずつ集め,その中か ら適 当量 とり全糖量お よび酸性糖量を測定 した。試験管番 30‑39,40‑46,47‑50,お よび52‑60をそれ ぞれ集め,HC一卜3a,HC‑ト3b,HC‑3C,および HC一卜3d画分 としたHC一卜3a〜HC‑ト2dは脱塩 水に対 して透析 し,透析内液を凍結乾燥 した。

2I5)HC‑ITDEAE‑SephadexA‑25カ ラム クロマ トグラフィー

HC‑(132mgグル コース相当量)を10ml20mM 酢酸緩衝液 (pH5.0)に溶解,遠心操作 (3,000rpm, 30分)にて不溶物を除去 し,上清を同緩衝液で平 衡化 したDEAE‑SephadexA‑25カラム(2.6×15cm) にのせた。 まず,220ml20mM酢酸緩衝液(pH5.0), 220ml1.OM塩 化ナ トリウム を含 む 同緩 衝 液, 180ml0.5M水酸化ナ トリウムで順次溶 出を行 っ た。溶出液は10mlずつ集め,その中か ら適 当量 と り全糖量 を測定 した。試験管番号3‑10,27‑31, お よび48‑58をそれぞれ集 め,HC‑卜1,HC‑卜2, お よびHC‑卜3画分 としたHC‑卜1HC‑2はそ のまま,HC‑ト3は酢酸で中和後,脱塩水に対 して 透析 し,透析内液を凍結乾燥 した。

HC‑卜1(20mg)2ml20mM酸緩衝液(PHS.0) 溶解,遠心操作 (3,000rpm,30分)にて不溶物を 除 去 した 上 清 を 同 緩 衝 液 で 平 衡 化 したDEAE‑

SephadexA‑25カラム (1.8×8cm)にのせた。 まず, 75ml20mM酢酸緩衝液 (pH5.0)で溶 出 した。次 ,90ml1.OMの塩化ナ トリウムを含む同緩衝液 による溶出を行 った。溶出液は5mlずつ集め,そ の中か ら適当量 とり全糖量を測定 した。試験管番 2‑ 5,お よび18‑23をそれぞれ集め,HC‑1 a,お よびHC‑ト1b画分 としたHC一ト1aHC‑

1bは脱塩水に対 して透析 し,透析 内液 を凍結 乾燥 した。

3)単糖 ・オ リゴ糖画分の分析 3‑ 1)分子量分布

単糖 ・オ リゴ糖画分 (18mgグル コース相 当量/1ml) をあ らか じめ蒸留水で平衡化 しておいたBioGel p‑2のガ ラスカラム (1.8×44cm)にのせ,蒸留水 で溶出 した。溶出液は1.Omlずつ集め,そのなかか ら適 当量 とりフェノール ・硫酸法18)にて糖量を測

定 した。

3‑2)糖分析

単糖 ・オ リゴ糖の分析はパルス ドア ンペ ロメ ト リー検出 (金電極)付きの 日本ダイオネ ックス社 のイオ ンク ロマ トDX‑300に よる陰イオ ンクロマ トグ ラフ ィーで 行 った。分 離 カ ラム はCarboPac pAlを,ガ ー ドカ ラム はCarboPacPAIGUARDを 用いた。分析 には溶離液A(100mM水酸化ナ トリウ ム) と溶離液B (500mM酢酸ナ トリウム/100mM 酸化ナ トリウム)を用い,酢酸ナ トリウムの濃度 勾配 (0‑30,0‑150mM)に よる溶 出を1.Oml/ 分の流量で行 った20)

4)多糖画分の構成糖分析

中性糖量 :多糖画分 (1mg)1ml2Mトリフ ルオ ロ酢酸で5時間,100で加水分解 し,分解

物 を減圧乾固 し,200〃g2‑デオキ シグル コー ス (ガスクロマ トグラフィー分析の内部標準物質) を加 えた。CL画分の場合は,試料 (5mg)72%

硫酸 (0.2ml)に懸濁,ソニ ックバス中で1時間処 理 し溶解 した。その後,硫酸濃度が1.5Mになるよ うに蒸留水1.6mlで希釈 し,1002時間加水分 解 した。反応物を炭酸バ リウムで中和後,2‑デオ キシグル コースを加 え, よく撹拝 し漉過 した。漉 液 をAmberliteIR‑120(H+型)で処理 し減圧乾 固 した。得 られた加水分解物 中の構成 中性単糖はア ル ジ トール トリフルオ ロアセテー トとした後,ガ スクロマ トグラフィーにて定量 した。ガスクロマ トグラフは 日立製のG‑500を用い,カラムは1.5%

OF‑1/ChromosorbW(AW‑DMCS)(0.4×200cm, ガ ラスカラム)を用い140℃の定温で分析 した21)0

酸性糖量 :試料溶液か ら適 当量 とりカルバゾー ル ・硫酸法19)にてガ ラクツロン酸相 当量 として求 めた。但 し,本法では中性糖 も発色す るのであ ら か じめその影響を調べておき,上記 中性糖量か ら その影響を算出,カルバゾール ・硫酸法で求めた 値か ら差 し引き [真の酸性糖量 ‑カルバゾール ・ 硫酸法にて求めた酸性糖量 ‑ (ガ スクロマ トグラ フィー法で求めた中性糖量×0.23)],それ を酸性 糖量 とした。

3.結果および考察 1)単糖 およびオ リゴ糖

杜仲の葉 に含まれ る炭水化物組成 を調べ るため に,杜仲薬乾燥粉末 (3.972g)を常法に従い,80%

(4)

166

エ タノール 可溶性 画分 と不溶性 画分 に分 けた0 80%ェタノール可溶性画分 (単糖 ・オ リゴ糖画分) に含まれ る全糖 は895mg(グル コース相当量)で, 杜仲葉乾燥重量の22.5%に相 当 した。 この単糖 ・ オ リゴ糖画分 をBio‑°elp‑2のゲル漉過 ク ロマ ト グラフィーに供 し分子量分布 を見たのがFig.1 ある。 この画分に含まれ る糖のほ とん ど(87.2% ) が単糖 と二糖であることが確認 された。そ こで, イオ ンク ロマ トグラフDX‑300を用 い単糖 と二糖 の組成を調べた。その結果, グル コース, フル ク トースお よびスクロースが58:8 :34の割合で含ま れていることがわか った。

G1‑12G⊥▼

′042000

uLT06t!33LTt!qJOSqV

i

+

.

/ < 11111‑●

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 TubeNo.(1.0ml/tube)

Fig.1.ChromatographyonBio‑GelP‑2ofthemono‑and oligo‑saccharidefractionobtained什om Du‑Zhong leaves.

DetailsareglVeninthetext・Vo,G2andG indicate theelutionpositionsofBlueDextran,maltoseand glucoseusedforcolumncalibration・

2)多糖類

杜仲葉の80%エタノール不溶性画分の大部分は 細胞壁か らなっている。そ こで,この画分(2.344g) を細胞壁多糖の抽出分画方法に従い, 0.25%シュ

(○)tI[LTOeSJO(●)utJ0専一e33ueqJOSqV

ウ酸ア ンモニウム,4%水酸化カ リウム,24%水酸 化カ リウムで順次抽出分画を行 った。得 られたペ クチン様物質 (ps‑Lお よびps‑H)画分,‑ ミセル ロースーI(HCII)画分,ヘ ミセル ロース‑Ⅱ (HC‑II) 画分,お よびセル ロース (CL)画分の収量 と構成 糖組成 をまとめたのがTablelである。杜仲葉乾燥 重量の約18.5%が多糖類で,ペ クチン様物質,‑

ミセル ロースおよびセル ロースの比は51:27:22 であった。それぞれの画分について よ り詳細な検 討を行 った。

′hV4000 0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 TubeNo.(10ml/tube)

Fig・2・DEA玉‑SephadexA‑25Chromatographyofthepectic substancefraction(PS‑H)obtainedfrom Du‑Zhong leaves.

PS‑H (104.7mgasGIcequiv・/28m120mMNa acetatebuffer,pH5・0)wasappliedtoacolumn(3× 7cm)ofDEAR‑SephadexA‑25equilibratedwiththe samebuffer.Afterwashingthecolumnwith20mM Naacetate buffer,the adsorbed materials were elutedwithalinearsaltgradientinthesamebuffer (0‑1.OM NaCl),followed by successive elution with lOM NaClandO・5M NaOH,andassayedfor totalcarbohydrate(●)anduronicacid(○).Tubes 318,3139,40‑47,80183,and84‑92Werecombined togivefractionsPS‑H‑I,,III,IVand‑V,respectively・

Tablel・ Yieldsandsugarcompositionofthepolysaccharidefractionsobtainedfrom the80% ethano1insolublematerialsofZu‑Zhongleaves.

Sugarcomposition (wt%) Fraction Yield

(mg) Fuc Ara Xyl M na Gl C G ‖=a

0ノ0ノ667723‑rIr

1qノ08′hU4L378/LU1815311

LH.llllpsHCHCc 84/LU7731310 q48trtr8801

0ノ772470ノ5/b4121

I‑8360 124′LU190ノ0ノ0123

830ノ′hU81177120ノ

54/LUO100011

Tota1 735.4

From 3・972gfreezedriedleaves.

(5)

ペ クチン様物質画分の多糖 を調べ るために,収 量が多 く,かつ高分子量画分であるpS‑H画分を用 い て実験 を進 めた。 ps‑H画 分 をDEAE‑Sephadex

A‑25イオ ン交換 クロマ トグラフィー に供 した時 の溶出パターンを示 したのがFig.2である。 また, 各画分の構成糖組成をま とめたのがTable2である。

約0.45Mの塩化ナ トリウムで溶 出す る主要酸性多 糖 画 分ps‑H‑IIIは約60%のガ ラ ク ツ ロン酸 と約 9%のラムノース,お よび約16%のア ラビノース と約12%のガ ラク トースを主要構成糖 としている。

このPS‑H‑Ⅰをさらに同 じイオ ン交換体で リクロ マ トグラフィーを行い5画分 に分け(Fig.3),5 分の糖組成 を調べたのがTable3である。糖結合様 式の分析は行わなか ったが, これ までに知 られて

Mo40・20(○)uuoesJO()uUOC33uCqJOSqV 0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 TubeNo.(5mJ/tube)

Fig・3.DEAE‑SephadexA‑25chromatographyoffraction PS‑H‑IobtainedinFig・2・

PSIH‑III(20mg/2mi 20mMNaacetatebuffer,pH 5.0)wasapplied to acolumn(1.8×10 cm)of DEAE‑SephadexA‑25equilibratedwiththesame bufferAfterwashingthecolumnwith20mM Na acetatebuffer,theadsorbedmaterialswereeluted w

ith a linearsaltgradientinthesamebuffer(0‑

1.0MNaCl),andassayedfortotalcarbohydrate( )anduronicacid(○).Tubes29‑31,32‑34,35‑38, 39‑41and42‑49Werecombinedto各IVEfractions PS‑H‑ト1,‑2,‑3,4and5,respectively.

いる植物細胞壁構成ペ クチン様物質の化学構造22)

の知見か ら考える と,明 らかにこのPS‑H‑Ⅰ画分 を構成す る多糖 はラムノガ ラクツロナンを主鎖 と し,そのラムノース残基ににア ラビノースやガ ラ ク トースな どか ら成 るオ リゴ糖又は多糖 を側鎖 と す る構造 を有す る もの と考 え られ る。すなわ ち,

D‑ガ ラクツ ロン酸がα‑(1‑ 4)結 合 した直鎖構 造で,その直鎖の ところどころにα‑ト ラムノー ス残基が (1‑ 2)結合で挿入 されてお り,そのL ラムノース残基にア ラビナ ン,ガ ラクタンあるい はア ラビノガ ラクタンが側鎖 として結合 している 多糖である。

o6040・20(○)uJtJOESJO()ttltJ06t,一t!33tJt!qJOSqV 10 20 30 40 50 60 7

0

80 9

0 1 0 0 I l o

120

TubeNo.(10ml/tube)

Fig.4・DEA仁‑SephadexA‑25Chromatographyofthe hemicelluloseIfraction(HC‑I)obtainedfrom Du‑

Zhongleaves

HC‑Ⅰ(97.6mgasGIcequiv/10m120mMNa‑

acetatebuffer,pH5・0)wasappliedtoacolumn(3× 7cm)ofDEA玉‑SephadexA‑25equilibratedwith thesamebuffer.Afterwashingthecolumnwith20 mMNaacetatebuffer,theadsorbedmaterialswere elutedwithalinearsaltgradientinthesamebuffer (0‑1.OM NaCl),followed by successive elution with1.OMNaCl,0.5MNaOH and1.OMNaOH,and assayedfortotalcarbohydrate(●)anduronicacid (○).Tubes2‑8,3139,40‑45,84‑89,and9195 WerecombinedtogivefractionsHC‑1,2,‑3,4 and5,respectively・

Table2・ YieldsandsugarcompositionoffractionsPS‑H‑I〜PS‑H‑Vobtained from thepecticsubstancesfraction,PS‑H afterchromatographyon DEAE‑SephadexA‑25.

Sugarcomposition (wt%) Fraction

Rna Fuc Ara Xyl M ∩a Gl C G a PS‑H‑I

PS‑H‑I PS‑H‑I PS‑H‑1V PS‑H‑V

7/人UO31504/人U22 IIIIVj/入り

U25U410′5/人Un773141

l2UOOUO1l1

024551700ノ3

7/人U3/人U00O50151 451ハU44421013132

4786/人U71572

4512史U6001.

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