7.2 Embalagem em Atmosfera Modificada

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Susana Caldas Fonseca
susana.fonseca@fc.up.pt
2016/2017
LICENCIATURA EM CIÊNCIAS DE ENGENHARIA
PERFIL ENGENHARIA ALIMENTAR
3º ANO 1º SEMESTRE
CONSERVAÇÃO DOS ALIMENTOS
7. EMBALAGEM
ÍNDICE PROGRAMÁTICO
7. EMBALAGEM
• Embalagem em atmosfera modificada (para produtos respirantes)
• Definição e objetivos
• Princípio
• Vantagens
• Problemas
• Aplicações
• Tipos
• Projeto
• Atmosfera recomendada
• Respiração
• Embalagem
• Modelização
• Simulação
• Validação
SCF 2
DEFINIÇÃO E OBJETIVOS
SCF 3
A embalagem em atmosfera modificada consiste na criação e manutenção 
da atmosfera ótima para a preservação de um produto fresco (respirante), 
pela interação entre o processo natural de respiração desse produto e a 
troca gasosa através do material da embalagem que contém o produto
• O uso destas embalagens contribui assim para minimizar as perdas de 
qualidade e alargar o tempo de vida útil na cadeia pós-colheita de 
hortofrutícolas frescos e frescos pré-cortados.
PRINCÍPIO
• Devido ao processo natural de respiração dos produtos hortofrutícolas, há um 
aumento de CO2 e uma redução de O2 que por sua vez é regulada pela troca gasosa 
através do material de embalagem e das suas permeabilidades seletivas para o O2 e 
CO2.
• Cria-se assim uma atmosfera modificada (AM), que é diferente da composição do ar 
atmosférico.
SCF 4
Material 
embalagem
Produto
AM
O2
CO2
Respiração
Troca 
gasosa
O2
CO2
PRINCÍPIO
• A concentração em O2 irá diminuir e a de CO2 irá aumentar ao longo do tempo até que a taxa de 
respiração iguale a troca gasosa através do material de embalagem, atingindo-se o estado de 
equilíbrio.
SCF 5
Gama recomendada
Gama recomendada
0
5
10
15
20
25
Oxigénio
Dióxido 
carbono
Tempo (h)
C
o
n
c
e
n
tr
a
ç
ã
o
 
 (
%
 v
/v
)
PRINCÍPIO
• Uma embalagem em atmosfera modificada mal projetada pode levar a uma das duas 
situações extremas apresentadas de seguida:
• Se a taxa de respiração for muito mais baixa que a troca gasosa através do 
material de embalagem, então as concentrações iniciais não são praticamente 
alteradas.
• Se a taxa de respiração for muito mais elevada que a troca gasosa através do 
material de embalagem, então o O2 irá rapidamente decrescer e o metabolismo 
anaeróbio será induzido, levando a alterações graves na qualidade do produto.
SCF 6
0
5
10
15
20
25
0
5
10
15
20
25
Sem efeito Efeito negativo
C
o
n
c
e
n
tr
a
ç
ã
o
 
 (
%
 v
/v
)
VANTAGENS
Retarda a deterioração do produto por reduzir: 
• taxa de respiração
• acastanhamento da superfície
• crescimento microbiano
• alterações composicionais
• efeito de danos físicos
• produção e sensibilidade à ação do etileno (C2H4)
• perda de água
SCF 7
EXTENSÃO DO TEMPO DE VIDA ÚTIL
VANTAGENS
SCF 8
Temperatura
Constante Flutuações
Filme 
microperfurado 
(AM)
Filme 
microperfurado
(AM)
Tampa
(AN)
Ao fim de 5 dias Projeto DISQUAL (2001)
VANTAGENS
Outras vantagens:
• Evitar ou reduzir a adição de conservantes químicos;
• Diminuir os custos de distribuição, dado serem necessárias menos 
entregas;
• Permitir o transporte até destinos mais distantes.
SCF 9
PROBLEMAS
• Criação de AM sem conhecimento
• Flutuações de temperatura
• Abusos de temperatura
• Tempo para atingir o equilíbrio 
• Não atingir simultaneamente a atmosfera recomendada em O2 e em CO2
• Diferente composição gasosa para cada tipo de produto a embalar 
• Impossibilidade de mistura de produtos na mesma embalagem
• Perda do efeito da AM por perda da integridade do sistema de fecho, por rutura 
acidental, ou após a abertura da embalagem
• Volume de embalagem superior
• Restrições no empilhamento de embalagens
SCF 10
Necessário um rigoroso 
controlo de temperatura
PROBLEMAS
• Criação de AM sem conhecimento
SCF 11
PROBLEMAS
• Flutuações de temperatura
• As flutuações de temperatura para além de poderem ter grande influência na 
alteração da atmosfera, levam igualmente à condensação de água no interior da 
embalagem, criando condições favoráveis ao crescimento microbiano e reduz a 
visibilidade para o interior da embalagem.
SCF 12
PROBLEMAS
• Abusos de temperatura
• É um problema difícil de evitar nas cadeias atuais de comercialização, em 
especial na prateleira de venda. 
• Se uma embalagem projetada para uma determinada temperatura for exposta a 
uma superior, o oxigénio consome-se a uma taxa mais elevada, forçando a 
embalagem a ficar em anaerobiose e permitindo o crescimento de 
microrganismos anaeróbicos com formação de etanol e acetaldeído causando 
cheiros extremamente desagradáveis
SCF 13
PROBLEMAS
• Tempo para atingir o equilíbrio 
• Tempo para atingir a atmosfera recomendada para a preservação desse produto 
em particular.
• Até atingir essa gama a atmosfera tem um efeito adicional de preservação 
menor/reduzido e em produtos muito perecíveis esse tempo pode fazer a 
diferença.
SCF 14
PROBLEMAS
• Volume de embalagem superior devido ao rácio que é necessário manter entre 
o volume ocupado pelo produto e o volume interno livre da embalagem (excetuando a 
aplicação do embalamento a vácuo).
• Restrições no empilhamento de embalagens, devido a não tapar a área de 
transferência dos gases e aos limites de resistência das mesmas, que afeta o espaço 
necessário para efeitos de logística.
SCF 15
APLICAÇÕES
• Frutas inteiras
• Legumes inteiros
• Cogumelos inteiros
SCF 16
APLICAÇÕES
• Frutas pré-cortadas ou minimamente processadas
• Legumes pré-cortados ou minimamente processados
SCF 17
Redução perdas
Aumento tempo de vida útil
Perda frescura
Perda qualidade
PROCESSADOSFRESCOS
MINIMAMENTE
PROCESSADOS
APLICAÇÕES
• Frutas pré-cortadas ou minimamente processadas
• Legumes pré-cortados ou minimamente processados
SCF 18
PROCESSADOSFRESCOS
MINIMAMENTE
PROCESSADOS
REDUZIDO TEMPO VIDA
ALIMENTOS DE CONVENIÊNCIA
ALIMENTOS SAUDÁVEIS
MAIOR VALOR ACRESCENTADO
APLICAÇÕES
• Frutas pré-cortadas ou minimamente processadas
• Legumes pré-cortados ou minimamente processados
SCF 19
TIPOS DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
• A modificação da atmosfera pode ser conseguida através do sistema de embalagem 
em si ou pela substituição da atmosfera inicial.
Tipos de EAM de acordo com a atmosfera inicial:
• Passiva (atmosfera inicial é a atmosférica e ao longo 
do tempo cria-se a atmosfera ótima)
• Ativa (injeta-se a atmosfera pretendida)
• Baixo O2 e/ou elevado CO2
• Elevado O2 (80%)
• Vácuo 
SCF 20
TIPOS DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
Tipos de EAM de acordo com a atmosfera inicial:
• A EAM ativa é especialmente interessante em produtos de elevado valor 
acrescentado e/ou produtos extremamente perecíveis, em que o tempo para atingir a 
atmosfera desejada é importante.
• A modificação ativa da atmosfera ao reduzir o tempo em que o produto não está à 
atmosfera mais adequada, aumenta o tempo de vida do produto mas tem como 
inconveniente o aumento do custo da embalagem.
SCF 21
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
SCF 22
PROJETO SISTEMA 
EMBALAGEM-PRODUTO
TAXA RESPIRAÇÃO 
PRODUTO
TROCA 
GASOSA 
EMBALAGEM
ATMOSFERA 
RECOMENDADA 
PRODUTO
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
SCF 23
PROJETO SISTEMA 
EMBALAGEM-PRODUTO
TAXA RESPIRAÇÃO 
PRODUTO
TROCA 
GASOSA 
EMBALAGEM
ATMOSFERA 
RECOMENDADA 
PRODUTO
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERAMODIFICADA
• Taxa de “respiração” pode ser expressa como:
– produção de CO2 : RCO2
– consumo de O2 : RO2
– Quociente respiratório RQ = RCO2
/RO2
SCF 24
Taxa de respiração do produto
RQ  1
RQ  1
RQ = 1
substrato: lípidos
substrato: hidratos de carbono
substrato: ácidos orgânicos
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 36 ATP
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
SCF 25
Taxa de respiração do produto
FATORES EXÓGENOS
temperatura
composição gasosa
intensidade luminosa
dano mecânico
tempo após o corte
FATORES ENDÓGENOS
tipo de produto
variedade de produto
condições de produção
maturação à colheita
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
• Modelos mais utilizados para descrever o efeito da concentração do O2 e do CO2:
• Equação polinomial
• Equação exponencial
• Equação tipo Michaelis-Menten
• Modelos mais utilizados para descrever o efeito da temperatura:
• Q10
• Exponencial
• Arrhenius
SCF 26
Taxa de respiração do produto   22O1
2
a)pa(
0O e1aR

 2222222 COO
2
CO
2
OCOOO ppfpepdpcpbaR 
2
2
2
OM
Omax
O
pK
pV
R


 )TT(
10
1
2R
10
12
R
R
Q























12
R
a
12
T
1
T
1
R
E
expRR
 T.bexp.aR 
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
• Devido à sua semelhança com a respiração microbiana, a equação que carateriza as 
reações enzimáticas, tipo Michaelis-Menten, é muito usada para a modelização da 
respiração em função da pressão parcial do O2 e/ou CO2
SCF 27
Taxa de respiração do produto
Gil (2012)
Modelo: EQUAÇÃO TIPO MICHAELIS-MENTEN, COM O O2 COMO SUBSTRATO E INIBIÇÃO 
INCOMPETITIVA DO CO2 E AUMENTO EXPONENCIAL COM A TEMPERATURA
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
SCF 28
Taxa de respiração do produto
0
30
60
90
120
150
180
0 5 10 15 20 25
R
 
 
, 
m
L
.k
g
-1
.h
-1
O
2
y , % v/v
O2
y = 0% v/v
CO2
20 °C
15 °C
10 °C
5 °C
1 °C
0
30
60
90
120
150
180
0 5 10 15 20 25
y , % v/v
O2
y = 10% v/v
CO2
20 °C
15 °C
10 °C
5 °C
1 °C
0
30
60
90
120
150
180
0 5 10 15 20 25
y , % v/v
O2
y = 20% v/v
CO2
20 °C
15 °C
10 °C
5 °C
1 °C
Fonsecaa et al. (2002)
 
 
 






g
f
a

g
f
a
T
1
CO
O
T
1
O
T
1
O
2
2
2
2
2
2
2
e
y
1ye
ye
R
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
SCF 29
PROJETO SISTEMA 
EMBALAGEM-PRODUTO
TAXA RESPIRAÇÃO 
PRODUTO
TROCA 
GASOSA 
EMBALAGEM
ATMOSFERA 
RECOMENDADA 
PRODUTO
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
SCF 30
Atmosfera recomendada para o produto
y
 
 
 
, 
%
 v
/v
C
O
2
e
q
eq
0
5
10
15
20
0 5 10 15 20
Ananás
Banana
Morango, 
Framboesa, 
Amora, Figo
Cereja
Toranja
Mirtilo
Abacate
Uva
Manga
Ameixa
Kiwi,
Nectarina
Pêssego
Lima, 
limão
International Controlled
Atmosphere Research 
Conference, ISHS
y , % v/vO2
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
SCF 31
Atmosfera recomendada para o produto
0
5
10
15
20
0 5 10 15 20
Toranja cortada
Morango cortado
Kiwi cortado
Meloa em cubos
Melão em cubos
Manga em cubos
Melancia em cubos
Maçã cortada
Laranja cortada
International Controlled
Atmosphere Research 
Conference, ISHS
y
 
 
 
, 
%
 v
/v
C
O
2
e
q
y , % v/vO2
eq
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
SCF 32
Atmosfera recomendada para o produto
http://ucce.ucdavis.edu/files/datastore/234-2197.pdf
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
SCF 33
Atmosfera recomendada para o produto
http://ucce.ucdavis.edu/files/datastore/234-2197.pdf
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
SCF 34
Atmosfera recomendada para o produto
http://www.ba.ars.usda.gov/hb66/015map.pdf
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
SCF 35
Atmosfera recomendada para o produto
http://www.ba.ars.usda.gov/hb66/015map.pdf
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
SCF 36
PROJETO SISTEMA 
EMBALAGEM-PRODUTO
TAXA RESPIRAÇÃO 
PRODUTO
ATMOSFERA 
RECOMENDADA 
PRODUTO
TROCA 
GASOSA 
EMBALAGEM
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
TIPOS DE MATERIAIS DE EMBALAGEM 
• Filmes poliméricos
• Filmes poliméricos micro-perfurados
• Filmes compensadores da temperatura 
• Embalagem macro-perfurada
SCF 37
Troca gasosa através da embalagem
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
SCF 38
Troca gasosa através da embalagem
• Filmes poliméricos
(PE, LDPE, OPP, PVC, materiais laminados, materiais co-extrudidos)
Tabuleiro (cuvete) e filme selado no topo
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
SCF 39
Troca gasosa através da embalagem
• Filmes poliméricos
Sacos
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
SCF 40
Troca gasosa através da embalagem
• Filmes poliméricos
Limitações:
Tipo 
embalagem
Vantagens Limitações
T
a
b
u
le
ir
o
 e
 f
il
m
e
• Maior proteção produto
• Mais quantidade produto
• Mais atrativo ao consumidor
• Melhor visualização de todo o 
produto
• Mais fácil projeto EAM (volume 
fixo)
• Melhor acondicionamento das 
embalagens no transporte
• Custo mais elevado
• Embalamento mais complexo
• Baixa troca gasosa
• Pode não atingir concentrações desejadas
S
a
c
o
• Custo mais baixo
• Facilidade de embalamento
• Dano mecânico
• Limitação quantidade produto
• Mais difícil projeto EAM (volume variável)
• Pior acondicionamento das embalagens no 
transporte
• Má visualização produto no centro
• Baixa troca gasosa
• Pode não atingir concentrações desejadas
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
SCF 41
Troca gasosa através da embalagem
• Filmes micro-perfurados
SEM image of 10μm perforations
http://www.swin.edu.au/iris/pdf/k&i/amcor.pdf
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
SCF 42
Troca gasosa através da embalagem
• Filmes compensadores da temperatura
• resposta da permeabilidade a variações de temperatura
• abertura dos poros controlada pela temperatura
• Exemplos comerciais: 
• Breatheway™ (http://www.breatheway.com/)
• Clearly Fresh® Re-Closeable Zip Bags 
(http://www.clearlyfreshbags.com)
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
SCF 43
Troca gasosa através da embalagem
• Embalagem macro-perfurada
Cobertura de palete
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
SCF 44
Troca gasosa através da embalagem
Exterior
Interior
Filme polimérico
Lei de Fick
Fluxo de massa depende: Área superficial filme
Espessura filme
Coeficientes de permeabilidade
Temperatura
O2
CO2
Inclui o fenómeno difusivo e de 
solubilização
iii SDP 
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
SCF 45
Troca gasosa através da embalagem
Exterior
Interior
Filme polimérico
O2
CO2
Lei de Arrhenius
P
CO2
O2
b =
P















12
P
i,a
1,i2,i
T
1
T
1
R
E
expPP )pp(
x
AP
N int,Oext,O
O
O 22
2
2


 )pp(
x
AP
N ext,COint,CO
CO
CO 22
2
2



PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
SCF 46
Troca gasosa através da embalagem
Exterior
Interior
Macro ou micro 
perfuração 
CO2
O2
Fluxo depende:Área perfuração
(não segue Lei Fick) Espessura perfuração
Temperatura
D L
K = f (A, L, T)
K
CO2
O2
b =
K
)pp(KN int,Oext,OOO 2222  )pp(KN ext,COint,COCOCO 2222 
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
SCF 47
TAXA RESPIRAÇÃO 
PRODUTO
ATMOSFERA 
RECOMENDADA 
PRODUTO
TROCA 
GASOSA 
EMBALAGEM
PROJETO SISTEMA 
EMBALAGEM-PRODUTO
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
• Passos para o desenvolvimento de uma embalagem adequada:
• Modelização
• Desenvolvimentos das equações modelo que descrevem corretamente a 
evolução da concentração/pressão de gases ao longo do tempo
• Simulação
• Representação gráfica dos modelos
• Validação
• Verificação se os modelos descrevem corretamente a realidade
SCF 48
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
SCF 49
PRODUTO
• produto
• massa e massa volúmica
• concentrações recomendadas
• modelo taxa de respiração
EMBALAGEM
• volume embalagem
• dimensões material
• propriedades material
• modelo transferência gases
ENVOLVENTE
• temperatura
• humidade relativa
• concentrações em O2 e CO2 iniciais
• concentrações em O2 e CO2 externas
Modelização
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
SCF 50
Produto
Sistema
Balanço de massa






























consumida
massa
acumulada
massa
saique
massa
gerada
massa
entraque
massa
  

















t
p
TR
V
RM)pp(
x
AP int,Ol
Oint,Oext,O
O 2
222
2
Descrição matemática
Balanço de massa ao O2


















acumulada
massa
consumida
massa
entraque
massa
pO2, int
pCO2, int
pO2, ext
pCO2, ext
O2
CO2
CO2
O2
Modelização
Termo negativo
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
SCF 51
Produto
Sistema
Balanço de massa






























consumida
massa
acumulada
massa
saique
massa
gerada
massa
entraque
massa
  

















t
p
TR
V
RM)pp(
x
AP int,COl
COint,COext,CO
CO 2
222
2
Descrição matemática
Balanço de massa ao CO2


















acumulada
massa
sai que
massa
gerada
massa
pO2, int
pCO2, int
pO2, ext
pCO2, ext
O2
CO2
CO2
O2
Modelização
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
• Por integração das equações diferenciais:
• Pressupostos:
• Taxa respiração constante
• Temperatura constante
• Concentrações de O2 e CO2 no exterior da embalagem
SCF 52
ext,CO
CO
COCOMAP,COext,CO
CO
t
V
TR
x
AP
int,CO 2
2
2222
2l
2CO
2
p
x
AP
)RM()RM()pp(
x
AP
e
p 
















ext,O
O
OOMAP,Oext,O
O
t
V
TR
x
AP
int,O 2
2
2222
2l
2O
2
p
x
AP
)RM()RM()pp(
x
AP
e
p 
















Modelização
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
• Exemplo:
SCF 53
Simulação
Mahajan et al. (2006)
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
• Exemplo: 0,150 kg de couve repolho a uma temperatura de 5 ºC em cuvete.
SCF 54
Simulação
Gil (2012)
Evolução do teor de O2 e CO2 ao longo do tempo com variações na espessura do polímero
0
2
4
6
8
10
12
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tempo (dia)
%
 C
O
2,
in
t
0
5
10
15
20
25
%
 O
2,
in
t
LDPE, x=-50%
LDPE, x=inicial
LDPE, x=+50%
LDPE, x=+100%
PVC, x=-50%
PVC, x=inicial
PVC, x=+50%
PVC, x=+100%
LDPE, x=-50%
LDPE, x=inicial
LDPE, x=+50%
LDPE, x=+100%
PVC, x=-50%
PVC, x=inicial
PVC, x=+50%
PVC, x=+100%
CO2
O2
Menor espessura filme
Maior espessura filme
PROJETO DE EMBALAGEM EM ATMOSFERA MODIFICADA
• Exemplo: Couve Galega cortada para caldo verde
SCF 55
Validação
LEITURA ACONSELHADA
• Material disponibilizado pelo docente na plataforma Moodle.
• Fonseca S.C. & Malcata F.X. 2003. Modified and controlled atmospheres to reduce quality loss of fresh 
fruits and vegetables at postharvest. pp. 187-207. Em: Crop Management and Postharvest Handling of 
Horticultural Products. Vol. 2: Fruits and Vegetables. Dris, R., Niskanen, R. & Jain, S.M. (Eds.), 
Science Publisher, EUA. [ISBN 1-57808-216-1].
• Mangaraj S., Goswami T.K., Mahajan P.V. (2009). Applications of Plastic Films for Modified 
Atmosphere Packaging of Fruits and Vegetables: A Review. Food Engineering Reviews, Springer. 1(2): 
133-158.
• Rodriguez-Aguilera R., Oliveira C.J. (2009). Review of Design Engineering Methods and Applications of 
Active and Modified Atmosphere Packaging Systems. Food Engineering Reviews, Springer. 1(1): 66-
83.
• Fonsecaa S.C., Oliveira F.A.R., Frias J.M., Brecht J.K. & Chau K.V. 2002. Modelling respiration rate of 
shredded Galega kale for development of modified atmosphere packaging. Journal of Food 
Engineering 54(3): 299-307.
• Fonsecab S.C., Oliveira F.A.R. & Brecht J.K. 2002. Modelling respiration rate of fresh fruits and 
vegetables for modified atmosphere packaging: a review. Journal of Food Engineering 52(2): 99-119.
• Mahajan P.V., Oliveira F.A.R., Sousa M.J., Fonseca S.C. & Cunha L.M. 2006. An Interactive Design of 
MA-Packaging for Fresh Produce. pp. 119-1 to 119-16. Em: Handbook of Food Science, Technology 
and Engineering, Hui Y.H. (Ed.), vol.3, CRC Press, Florida, EUA [ISBN 1-57444-552-9]. 
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