DE4339556C1 - Verfahren zum Entschleimen von Pflanzenöl mittels Enzymen - Google Patents
Verfahren zum Entschleimen von Pflanzenöl mittels EnzymenInfo
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- C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
- C11B—PRODUCING, e.g. BY PRESSING RAW MATERIALS OR BY EXTRACTION FROM WASTE MATERIALS, REFINING OR PRESERVING FATS, FATTY SUBSTANCES, e.g. LANOLIN, FATTY OILS OR WAXES; ESSENTIAL OILS; PERFUMES
- C11B3/00—Refining fats or fatty oils
- C11B3/003—Refining fats or fatty oils by enzymes or microorganisms, living or dead
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entschleimen von
Pflanzenöl, wobei man das Pflanzenöl auf einen pH-Wert
von 3 bis 6 einstellt, eine wäßrige Enzymlösung im Öl
dispergiert, die eines der Enzyme Phospholipase A1, A2
oder B enthält, die Enzyme im Öl unter Rühren bei
Temperaturen von 20 bis 90°C in einem
Entschleimungsreaktor einwirken läßt und aus der aus dem
Entschleimungsreaktor abgezogenen Flüssigkeit
entschleimtes Öl abtrennt.
Ein solches Verfahren ist aus EP-A-0 513 709 bekannt.
Beim beschriebenen Verfahren bleibt aber offen, wie man
die gebrauchten Enzyme nach der Entschleimung des Öls
zurückgewinnt, damit sie im Verfahren wiederverwendet
werden können. In etwas anderer Weise erfolgt die
Entschleimung von Speiseölen beim Verfahren gemäß
EP-B-0 122 727, wobei man mit hydrolysierten Phosphatiden
arbeitet. Die in diesem Patent genannten Phosphatide,
z. B. Lecithin, können im Prozeß wiedergewonnen und
zurückgeführt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim eingangs
genannten Verfahren die gebrauchten Enzyme im
Entschleimungsverfahren mindestens teilweise
wiederzuverwenden. Erfindungsgemäß geschieht dies
dadurch, daß man der aus dem Entschleimungsreaktor
abgezogenen Flüssigkeit bei Temperaturen von 20 bis 90°C
vor oder nach dem Abtrennen des entschleimten Öls ein
Trennhilfsmittel oder einen Lösungsvermittler zugibt und
eine wäßrige, gebrauchte Enzyme enthaltende, weitgehend
schlammfreie Lösung gewinnt, die man mindestens teilweise
vor den Entschleimungsreaktor zurückführt und im zu
entschleimenden Öl dispergiert, wobei der Anteil
gebrauchter, zurückgeführter Enzyme in der Gesamtmenge
der im Öl dispergierten Enzyme mindestens 10% beträgt.
Aus Kostengründen ist es vorteilhaft, wenn der Anteil
gebrauchter, zurückgeführter Enzyme in der Gesamtmenge
der im Öl dispergierten Enzyme mindestens 20% oder noch
besser, mindestens 50% beträgt.
Die aus dem Entschleimungsreaktor abgezogene Flüssigkeit
enthält entschleimtes Öl. Wenn man aus dieser Flüssigkeit
das entschleimte Öl abtrennt, z. B. in einer Zentrifuge,
fällt gleichzeitig eine Wasser-Schlamm-Phase an, die die
gebrauchten Enzyme enthält. Um diese Enzyme
wiederverwendbar zu machen, kann man zwei verschiedene
Wege beschreiten:
Bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 90°C
dispergiert man in der Wasser-Schlamm-Phase ein
Trennhilfsmittel, rührt das Ganze in einem
Verweilbehälter und trennt aus der schlammhaltigen
Flüssigkeit, z. B. durch Filtration, eine wäßrige,
weitgehend schlammfreie Phase ab, welche die gebrauchten
Enzyme enthält. Diese wäßrige Phase wird ganz oder
teilweise vor den Entschleimungsreaktor zurückgeführt und
in dem zu entschleimenden Öl dispergiert.
Bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 90°C
gibt man der Wasser-Schlamm-Phase einen Lösungsvermittler
zu und erhält unter Rühren eine wäßrige, weitgehend
schlammfreie Lösung, welche die gebrauchten Enzyme
enthält. Diese Lösung wird ganz oder teilweise vor den
Entschleimungsreaktor zurückgeführt und mit dem zu
entschleimenden Öl gemischt. Der Lösungsvermittler sorgt
dafür, daß ein Ausfallen von phosphatidhaltigem Schlamm
mit adsorbierten Enzymen unterbleibt.
Eine Variante des 2. Wegs besteht darin, der aus dem
Entschleimungsreaktor kommenden ölhaltigen Flüssigkeit
einen Lösungsvermittler zuzugeben und dann das
entschleimte Öl aus der Flüssigkeit abzutrennen, z. B. in
einer Zentrifuge. Man erhält hierbei neben dem
entschleimten Öl eine wäßrige, weitgehend schlammfreie
Phase, welche die gebrauchten Enzyme enthält. Diese
wäßrige Phase kann man ganz oder teilweise, ohne weitere
Behandlung, vor den Entschleimungsreaktor zurückführen,
um sie mit dem zu entschleimenden Öl zu mischen.
Sowohl als Trennhilfsmittel als auch als
Lösungsvermittler können folgende Substanzen oder
Substanzgemische dienen:
- a) polyethylen-Zucker-Fettsäureester,
- b) Rizinusethoxylat,
- c) ethoxyliertes Palmitat,
- d) ethoxylierter synthetischer primärer Alkohol, wobei der Alkohol vorzugsweise ein C₉- bis C₁₁-Alkohol ist, der z. B. 12 Ethoxylgruppen aufweist,
- e) ethoxylierter Laurylalkohol, z. B. mit 11 Ethoxylgruppen,
- f) ethoxylierter Talgfettalkohol, z. B. mit 25 Ethoxylgruppen, oder
- g) hydrophobes Tensid.
Darüber hinaus können als Trennhilfsmittel auch verwendet
werden:
- h) anionaktive Verbindungen, insbesondere
- h1) heißwasserlösliche Methylcellulosen oder
- h2) heißwasserlösliche Carboxymethylcellulosen,
- i) nichtionogene Verbindungen, insbesondere
- i1) Polysaccharide, z. B. wasserlösliche Stärke,
- i2) Xerogele, z. B. Agar-Agar oder hydrolysierte Gelatine,
- i3) Biopolymere, insbesondere Alginate oder Chitosane.
Die Menge des anzuwendenden Lösungsvermittlers oder
Trennhilfsmittels kann im breiten Bereich variieren, sie
liegt zumeist bei 0,1 bis 100 g/l Flüssigkeit. Ein
Überschuß an Lösungsvermittler oder Trennhilfsmittel ist
nicht störend.
Für die Entschleimung der Speiseöle unter Mitwirkung von
Enzymen ist es zweckmäßig, das Öl zunächst mit Wasser für
die Gewinnung von Lecithin vorzuentschleimen. Die
Phospholipasen A1, A2 oder B greifen nämlich Lecithin im
Öl an, so daß es zweckmäßig ist, den Phosphorgehalt des
Öls durch eine Vorentschleimung, z. B. mit Wasser, in den
Bereich von 50 bis 500 ppm abzusenken. Diese
Vorbehandlung ist vor allem für lecithinreiche Öle, wie
z. B. Sojaöl, zu empfehlen.
Ausgestaltungsmöglichkeiten des Verfahrens werden mit
Hilfe der Zeichnung erläutert.
Fig. 1 zeigt das Fließschema einer Verfahrensvariante mit
Zugabe eines Trennhilfsmittels und
Fig. 2 zeigt Verfahrensvarianten mit Zugabe eines
Lösungsvermittlers.
Das vollständig zu entschleimende Pflanzenöl kommt gemäß
Fig. 1 aus der Leitung (1), man dosiert ihm aus dem
Vorratsbehälter (2) zunächst eine wäßrige saure Lösung,
z. B. Zitronensäure, und aus dem Vorratsbehälter (3) eine
wäßrige alkalische Lösung, z. B. Natronlauge, in solchen
Mengen zu, daß das Öl mit einem pH-Wert von 3 bis 6,
vorzugsweise etwa 5, durch die Leitung (4) in einen
ersten Dispergierer (5) eintritt. Im Dispergierer (5)
wird eine Öl-Wasser-Emulsion erzeugt, die man durch die
Leitung (6) in einen Verweilbehälter (7) leitet.
Nach einer Verweilzeit im Bereich von 1 bis 30 Minuten
fließt die Emulsion durch die Leitung (8) zu einer
Zugabestelle (9) für eine wäßrige Enzymlösung, die aus
dem Vorratsgefäß (10) kommt. Pro Liter Öl werden hierbei
10 bis 100 mg an Enzymlösung zudosiert. Bei den in Wasser
gelösten Enzymen handelt es sich um die Phospholipase vom
Typ A1, A2 oder B, z. B. mit einer Aktivität der Lösung
von 10 000 Lecitaseeinheiten pro Milliliter. Das
enzymhaltige Öl wird durch einen weiteren
Dispergierer (11) geführt und gelangt dann in der
Leitung (12) zu einem Entschleimungsreaktor (13). Der
Reaktor (13) besteht aus 1 bis 5 Etagen, wobei jede Etage
eine Rühreinrichtung (14) und eine Beheizung (15)
aufweist. Zwischen benachbarten Etagen gibt es eine
Verbindungsleitung (16). Der in der Zeichnung
dargestellte Reaktor (13) weist drei Etagen (13a), (13b)
und (13c) auf, durch die das zu behandelnde Öl mit einer
gewissen Verweilzeit in jeder Etage von oben nach unten
fließt. In jeder Etage können unterschiedliche
Behandlungstemperaturen eingestellt werden, wobei es sich
empfiehlt, in der obersten Etage (13a) mit der
niedrigsten Temperatur und in der untersten Etage (13c)
mit der höchsten Temperatur zu arbeiten. Die
Behandlungstemperaturen im Reaktor (13) liegen im Bereich
von 20 bis 90°C bei einer gesamten Verweilzeit im
Reaktor (13) von üblicherweise 3 bis 5 Stunden.
Das behandelte Öl verläßt den Entschleimungsreaktor (13)
durch die Leitung (17) und wird einer Zentrifuge (18)
aufgegeben. In der Zentrifuge wird als Produkt
entschleimtes Öl gewonnen, das man in der Leitung (19)
abführt. Der enzymhaltigen wäßrigen Schlammphase in der
Leitung (20) gibt man aus dem Vorratsbehälter (21)
Trennhilfsmittel zu und rührt das Ganze im
Dispergierer (22) intensiv. Anschließend gibt man die
gerührte Phase in der Leitung (23) einem
Verweilbehälter (24) auf, der vorzugsweise mit einer
Rühreinrichtung (25) versehen ist. Im
Verweilbehälter (24) liegen die Temperaturen im Bereich
von 30 bis 85°C und vorzugsweise bei etwa 60°C und man
sorgt für Verweilzeiten im Bereich von 3 bis 60 Minuten.
Unter der Wirkung des Trennhilfsmittels werden die am
Phosphatidschlamm adsorbierten Enzyme abgelöst und in die
Wasserphase überführt. Zum Abtrennen der enzymhaltigen
Wasserphase gibt man die Flüssigkeit aus dem
Verweilbehälter (24) in eine Filtrationseinrichtung (26),
die bevorzugt als Mikrofiltration arbeitet. Alternativ
kann an dieser Stelle auch zentrifugiert werden. Man
trennt so den Phosphatidschlamm ab, den man in der
Leitung (27) entfernt. Die die gebrauchten Enzyme
enthaltende wäßrige Phase wird in der Leitung (28)
abgezogen und zur Wiederverwendung dem
Vorratsbehälter (10) zugeführt. Frische Enzymlösung
kommt, soweit notwendig, aus der Leitung (29). Auf diese
Weise ist es möglich, die gebrauchten Enzyme für die
Entschleimung des Öls wiederzuverwenden und damit die
Betriebskosten des Verfahrens ganz erheblich zu senken.
Das Verfahren gemäß Fig. 2 stimmt zwischen den
Leitungen (1) und (17) mit dem zuvor zusammen mit Fig. 1
beschriebenen Verfahren überein. Auch gemäß Fig. 2 wird
das aus dem Entschleimungsreaktor (13) kommende
Wasser-phosphatidschlamm-Öl-Gemisch durch die
Leitung (17) der Zentrifuge (18) zugeführt, aus der man
in der Leitung (19) entschleimtes Öl abzieht. Der
enzymhaltigen Wasser-Schlamm-Phase der Leitung (30) gibt
man aus dem Vorratsbehälter (31) Lösungsvermittler zu und
verrührt das Ganze im Verweilbehälter (32). Dabei
entsteht eine wäßrige, enzymhaltige Lösung, die man durch
die Leitung (28) in den Vorratsbehälter (10) zum
Wiederverwenden zurückführt; ein Überschuß der Lösung
kann in der Leitung (29) entfernt werden. An die Stelle
des Verweilbehälters (32) kann auch ein
Dispergierer (22), vgl. Fig. 1, treten.
Eine Alternative besteht darin, daß man im Verfahren der
Fig. 2 den Lösungsvermittler durch die gestrichelte
Leitung (33) bereits vor der Zentrifuge (18) dem
Wasser-Schlamm-Öl-Gemisch der Leitung (17) zugibt, wobei
die Zentrifuge auch als Mischeinrichtung dient. Neben dem
entschleimten Öl der Leitung (19) kommt hierbei eine
wäßrige, enzymhaltige Lösung aus der Zentrifuge (18), die
man durch die Leitungen (30), (34) und (28) zum
Wiederverwenden ganz oder teilweise in den
Vorratsbehälter (10) zurückleitet. Der
Vorratsbehälter (31) und der Verweilbehälter (32) können
bei dieser Verfahrensvariante entfallen.
In einer der Zeichnung entsprechenden Laborapparatur mit
einem einstufigen Reaktor (13) wird Rapsöl, das mit
Wasser vorentschleimt ist, auf verschiedene Weise mit
Enzymen entschleimt. Die Beispiele 1, 5 und 6 sind
Vergleichsbeispiele, bei denen das erfindungsgemäße
Verfahren nicht angewandt wird.
6 l vorentschleimtes Rapsöl werden bei 60°C mit 54 ml
einer wäßrigen, 10%igen Zitronensäurelösung versetzt;
zur Einstellung des pH-Werts auf 5,0 gibt man 48 ml einer
wäßrigen, 5%igen NaOH-Lösung zu. Nach einer Verweilzeit
von 30 Minuten werden 205 ml einer wäßrigen
Phospholipase-A2-Lösung mit 3800 Lecitaseeinheiten dem
Reaktionsgemisch zugesetzt. Nach einer Behandlungsdauer
von 5 Stunden bei 60°C unter intensiver Durchmischung
wird die Wasser-Öl-Emulsion mittels einer Zentrifuge (18)
in eine Öl- und eine Wasser-Schlamm-Phase separiert. Das
entschleimte Rapsöl in der Leitung (19) weist einen
restlichen Phosphor-Gehalt von 6 ppm auf, das Volumen der
Wasser-Schlamm-Phase beträgt 370 ml. Der Phosphor-Gehalt
ist ein Maß für den Grad der Entschleimung, gut
entschleimtes Öl weist einen Rest-P-Gehalt von weniger
als 10 ppm auf.
Für die erfindungsgemäße Verfahrensweise gemäß Fig. 2
wird das Beispiel 1 wiederholt, wobei man der
Wasser-Schlamm-Phase der Leitung (30) 3 g/l TWEEN 80
zusetzt und die Flüssigkeit 10 min in einem Dispergierer
(Ultra-Turrax) intensiv rührt. Man erhält so eine
schlammfreie, enzymhaltige Lösung ohne suspendierte
Partikel, die man über die Leitung (28) in den
Vorratsbehälter (10) zurückführt. Auf die Zugabe frischer
Enzyme wird verzichtet. Das entschleimte Öl der
Leitung (19) weist einen Rest-Phosphor-Gehalt von 5 ppm
pro Durchgang auf.
Für die erfindungsgemäße Verfahrensweise gemäß Fig. 2
wird das Beispiel 1 wiederholt, wobei man dem aus dem
Enzymreaktor über die Leitung 17 austretenden
Flüssigkeitsgemisch über die Leitung (33) 2,5 g Tween 80
pro Liter Gemisch zusetzt und das Gemisch in der
Zentrifuge 18 auftrennt. Man erhält so eine weitgehend
schlammfreie, enzymhaltige Lösung, die man über Leitung
(34) und Leitung (28) dem Vorratsbehälter (10) zuführt.
Auf die Zugabe frischer Enzyme wird verzichtet. Das
entschleimte Öl der Leitung (19) weist einen
Rest-Phosphor-Gehalt von 5 ppm auf.
Für die erfindungsgemäße Verfahrensweise gemäß Fig. 1
wird das Beispiel 1 wiederholt, wobei man der
Wasser-Schlamm-Phase der Leitung (20) pro Liter 2 g
TWEEN 80 (Hersteller Dupont) zusetzt und die
Flüssigkeiten in einem Dispergierer (22) (Ultra-Turrax)
homogenisiert. Nach einer Verweilzeit von 10 Minuten wird
der Phosphatidschlamm durch Zentrifugieren von der
wäßrigen Enzymlösung abgetrennt. Die Enzymlösung wird
über die Leitung (28) in den Vorratsbehälter (10)
zurückgeführt, wobei man auf die Zugabe frischer
Enzymlösung ganz verzichtet. Der Rest-Phosphor-Gehalt im
entschleimten Öl der Leitung (19) beträgt 5 ppm.
Das Beispiel 4 wird so abgewandelt, daß anstelle der
wäßrigen Enzymlösung der nach Zentrifugieren in der
Leitung (27) anfallende, mit TWEEN 80 vorbehandelte
Phosphatidschlamm über die Dosierstelle (9) mit dem Öl
der Leitung (8) vermischt wird. Es zeigt sich, daß dieser
Phosphatidschlamm zum Verbessern der Entschleimung
wirkungslos ist, da er keine Enzymaktivität aufweist.
Man arbeitet gemäß Beispiel 4, doch ohne die Rückführung
der wäßrigen Enzymlösung in der Leitung (28). Es wird nun
der Phosphatidschlamm der Leitung (27) in destilliertem
Wasser resuspendiert und 10 Minuten lang bei 60°C mit
einem Dispergierer (Ultra-Turrax) homogenisiert. Dann
trennt man die Schlammphase durch Zentrifugieren ab und
führt die gleichzeitig angefallene wäßrige Phase zur
Dosierstelle (9) zurück. Frische Enzymlösung wird nicht
mehr zugegeben. Nach einer Behandlungsdauer von 5 Stunden
wird im Rapsöl ein restlicher P-Gehalt von 49 ppm
gefunden, der beweist, daß aus dem Phosphatidschlamm der
Leitung (27) keine Enzyme zurückgewonnen wurden.
Für die erfindungsgemäße Verfahrensweise wird das
Beispiel 1 wiederholt, wobei man der Wasser-Schlamm-Phase
der Leitung (20) pro Liter 2 g Alginat Protan
(Hersteller: Pronova-Biopolymer, Norwegen) zusetzt und
die Flüssigkeiten in einem Dispergierer (22)
(Ultra-Turrax) homogenisiert, vgl. Fig. 1. Nach einer
Verweilzeit von 10 Minuten wird der Phosphatidschlamm
durch Zentrifugieren von der wäßrigen Enzymlösung
abgetrennt. Die Enzymlösung wird in den
Vorratsbehälter (10) zurückgeführt. Ohne Zusatz von
frischen Enzymen beträgt der Rest-Phosphor-Gehalt im
entschleimten Öl der Leitung (19) 8 ppm. Das gleiche
Ergebnis wird mit 2 g/l hydrolysierter Gelatine
(Hersteller: Gibco, Schottland) anstelle von Alginat
Protan erreicht. Wenn man als Trennhilfsmittel 2 g/l
wasserlösliche Stärke (Hersteller: Merck, Darmstadt)
verwendet, erreicht man im entschleimten Öl einen
Rest-Phosphor-Gehalt von 2 ppm.
Claims (10)
1. Verfahren zum Entschleimen von Pflanzenöl, wobei man
das Pflanzenöl auf einen pH-Wert von 3 bis 6
einstellt, eine wäßrige Enzymlösung im Öl dispergiert,
die eines der Enzyme Phospholipase A1, A2 oder B
enthält, die Enzyme im Öl unter Rühren bei
Temperaturen von 20 bis 90°C in einem
Entschleimungsreaktor einwirken läßt und aus der aus
dem Entschleimungsreaktor abgezogenen Flüssigkeit
entschleimtes Öl abtrennt, dadurch gekennzeichnet, daß
man der aus dem Entschleimungsreaktor abgezogenen
Flüssigkeit bei Temperaturen von 20 bis 90°C vor oder
nach dem Abtrennen des entschleimten Öls ein
Trennhilfsmittel oder einen Lösungsvermittler zugibt
und eine wäßrige, gebrauchte Enzyme enthaltende,
weitgehend schlammfreie Lösung gewinnt, die man
mindestens teilweise vor den Entschleimungsreaktor
zurückführt und im zu entschleimenden Öl dispergiert,
wobei der Anteil gebrauchter, zurückgeführter Enzyme
in der Gesamtmenge der im Öl dispergierten Enzyme
mindestens 10% beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man aus der aus dem Entschleimungsreaktor abgezogenen
Flüssigkeit entschleimtes Öl abtrennt und dabei eine
Wasser-Schlamm-Phase gewinnt, in welcher man bei
Temperaturen im Bereich von 20 bis 90°C
Trennhilfsmittel dispergiert, wobei man die
Wasser-Schlamm-Phase in einem Verweilbehälter rührt,
aus der gerührten Wasser-Schlamm-Phase eine wäßrige,
weitgehend schlammfreie, gebrauchte Enzyme enthaltende
Phase abtrennt und mindestens teilweise vor den
Entschleimungsreaktor zurückführt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man aus der aus dem Entschleimungsreaktor abgezogenen
Flüssigkeit entschleimtes Öl abtrennt und dabei eine
Wasser-Schlamm-Phase gewinnt, welcher man bei
Temperaturen im Bereich von 20 bis 90°C
Lösungsvermittler zugibt und unter Rühren eine
wäßrige, gebrauchte Enzyme enthaltende, weitgehend
schlammfreie Lösung erzeugt, die man mindestens
teilweise vor den Entschleimungsreaktor zurückführt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man der aus dem Entschleimungsreaktor abgezogenen
Flüssigkeit Lösungsvermittler zugibt, die Flüssigkeit
durch eine Trenneinrichtung führt und entschleimtes Öl
und getrennt davon eine wäßrige, gebrauchte Enzyme
enthaltende, weitgehend schlammfreie Lösung erhält,
wobei man die Lösung mindestens teilweise vor den
Entschleimungsreaktor zurückführt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß man als Trennhilfsmittel
und Lösungsvermittler
- a) polyethylen-Zucker-Fettsäureester,
- b) Rizinusethoxylat,
- c) ethoxyliertes Palmitat,
- d) ethoxylierter synthetischer primärer Alkohol,
- e) ethoxylierter Laurylalkohol,
- f) ethoxylierter Talgfettalkohol oder
- g) hydrophobes Tensid
verwendet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß man als Trennhilfsmittel
mindestens
- h) eine anionaktive Verbindung oder
- i) eine nichtionogene Verbindung
verwendet.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß man das Trennhilfsmittel
oder den Lösungsvermittler pro Liter Flüssigkeit in
einer Menge von 0,1 bis 100 g zugibt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Anteil gebrauchter Enzyme in
der Gesamtmenge der im zu entschleimenden Öl
dispergierten Enzyme mindestens 20% beträgt.
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