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ISSN : 1229-1153(Print)
ISSN : 2465-9223(Online)
Journal of Food Hygiene and Safety Vol.35 No.2 pp.125-135
DOI : https://doi.org/10.13103/JFHS.2020.35.2.125

Safety Assessment of Biogenic Amines in School-Meal Fishery Products

Young-su Kim*, Beom-ho Kim, Kyung-a Kim, Dae-hwan Kim, Hee-jeong Yun, Shin-hye Kwak, Kyung-ja Kang, Wook-hyun Cho, A-ra Moh, Ok-kyung Choi, Mi-hye Yoon
Ansan Agro-fishery Products Inspection Center, Agriculture and Fisheries Inspection Department, Gyeonggi province institute of Health and Environment, Ansan, Korea
*Correspondence to: Young-Su Kim, Ansan Agro-fishery Products Inspection Center, Agriculture and Fisheries Inspection Department, Gyeonggi province Institute of Health and Environment, 95 Pa-jangcheon-ro, Jangan-gu, Suwon-si, Gyeonggi 16205, Korea Tel: +82-31-290-6672, Fax: +82-31-438-5871 E-mail: ys37k@gg.go.kr
February 5, 2020 February 20, 2020 February 27, 2020

Abstract


This study analyzed the content of eight biogenic amines (BAs), including histamine, in 198 fishery products (121 school-meal products and 77 distributed products) in Korea in 2019. Changes in BA content according to time, temperature, and salt treatment in Japanese Spanish mackerel, chub mackerel, and salmon were also observed. The average histamine content of 198 fishery products was 0.4±2.3 mg/kg, and all were within histamine criteria (200 mg/kg or less). As a result, the margin of exposure (MOE) was calculated to evaluate the risk of fishery products, and school-meal fishery products were evaluated as safe with a MOE of 1 or more. At 30°C, the histamine content of the fish increased rapidly to 144 mg/kg (Japanese Spanish mackerel, 36 h), and 308 mg/kg (chub mackerel, 24 h). When the Japanese Spanish mackerel, chub mackerel, and salmon were stored at 4°C, histamine was not detected for 3 days, and it was not detected for 14 days at -20°C. The BA content (histamines, etc.) of salt-treated Japanese Spanish mackerel and chub mackerel was lower than that of fish not treated with salt.



학교급식 수산물의 바이오제닉아민 안전성 평가

김 영수*, 김 범호, 김 경아, 김 대환, 윤 희정, 곽 신혜, 강 경자, 조 욱현, 모 아라, 최 옥경, 윤 미혜
경기도보건환경연구원 농수산물검사부 안산농수산물검사소

초록


    수산물은 단백질의 주요 공급원일 뿐만 아니라 철분, 아 연과 같은 무기질과 비타민 A, C, D, 칼슘 등 풍부한 영 양소를 제공한다. 특히 성장기에 오메가3의 일종인 EPA 와 DHA를 충분히 섭취하면 성인이 되었을 때 유방암 발 병 확률이 낮다고 알려져 있는데, 오메가3는 야채류보다 생선 등을 통해 훨씬 효과적으로 섭취할 수 있다. 이러한 이유로 미국에서는 청소년기 아이들의 건강 유지를 위해 EPA와 DHA를 하루에 433 mg에서 600 mg 정도 섭취 할 것을 권고하고 있으며, 이는 일주일에 2-3회 이상 생선을 섭취하여야 하는 양이다1).

    학교급식은 학생들에게 수산물을 통한 영양 공급이라는 목적 외에도 어려서부터 올바른 수산물 식습관을 형성시 키는 목적을 갖고 있다. 현재, 전국 초·중·고 11,818개(100%) 학교에서 학교급식을 채택하고 있으며, 5,608,000명(전체 5,612,000명, 99.9%)의 학생이 학교급식을 먹고 있다. 또 한 학교급식 식품에서 수산물이 차지하는 비중은 약 13% 로 전체 유통 수산물 중 4.5%가 학교급식으로 제공되고 있는 것으로 추정하고 있다2).

    학교급식 식재료 중 수산물 이용 현황을 살펴보면, 수 입산 이용 현황이 58.0%로 가장 많았고, 지역산 이용 현 황이 0.9%로 가장 적었다3). 최근, 학교급식으로 제공 된 갈치조림에서 고래회충이 발견되고 유통기한이 경과한 냉 동수산물을 학교급식에 납품하는 등 학교급식 식재료에 대한 문제가 지속적으로 제기되고 있다.

    현재, 학교급식 공급 수산물에 대해 방사능, 중금속, 잔 류농약에 대한 안전성 조사는 실시되고 있으나, 세계적으 로 위해성이 대두4,5)되고 있는 바이오제닉아민류(Biogenic amines, BAs)에 대해서는 관리가 되지 않고 있는 실정이다.

    BAs란 생선 등 단백질을 함유한 식품이 부패 또는 발 효·숙성 과정에서 미생물의 탈탄산효소에 의해 생성되는 질 소화합물6)이다. Histamine, tyramine, putrescine, cadaverine, β-phenylethylamine, tryptamine, spermidine, spermine 등이 대표적이고 이 중 잘 알려져 있는 것이 histamine과 tyramine 이다. 이들은 식품의 신선도와 부패의 척도4)로서 물질마 다 독성이 다르다고 알려져 있다. Putrescine, spermidine, spermine 등은 암세포 성장을 촉진하며7), putrescine, spermidine, tyramine, cadaverine 등은 식품 내 아질산염과 작용하여 발암물질인 N-nitrosamine을 생성할 수 있다고 알려져 있다8-10).

    BAs는 참치, 고등어, 삼치, 장류, 젓갈류, 소시지 등의 식 품에 많이 함유되어 있으며11), 특히, 생선류는 여러 국가에 서 수산물을 대상으로 기준을 설정하여 관리하고 있다12). 우 리나라에서는 2013년부터 수산물 중 냉동어류, 염장어류, 통 조림, 건조/절단 등 단순 처리한 것에 한하여 histamine 기 준을 200 mg/kg으로 설정하여 관리하고 있다13,14).

    따라서 본 연구에서는 경기도 내 초·중·고 학교급식으로 제공되는 수산물을 통해 발생되는 히스타민 등 BAs에 대 한 실태조사를 통하여 학교급식 수산물의 안전성을 평가 하고 BAs에 대한 과학적 기초자료로 제공하고자 한다.

    Materials and Methods

    시료

    본 연구를 수행하기 위한 시료는 BAs 모니터링을 위해 2019년 2월부터 10월까지 경기도내 학교급식으로 제공되 는 식재료 수산물 121건과 통조림 등 유통 수산물 77건 을 사용하였다. 또한, 생선의 온도, 시간과 염 처리에 따 른 BAs 변화 연구를 위한 시료는 생물 고등어, 생물 삼 치와 연어를 각 1건씩을 사용하였다. 실험에 사용된 수산 물은 머리와 꼬리, 뼈, 내장을 제거 한 가식부위를 믹서기 (HR1393, Philips Korea Co., Seoul, Korea)로 분쇄하여 균 질화한 후 밀폐용 백(Ziploc 275)과 크린랩(30 cm×45 cm) 에 각각 소분하여 사용하였다.

    표준품 및 시약

    BAs 표준물질 [tryptamine (TRY), β-phenylethyl- amine (PHE), putrescine (PUT), cadaverine (CAD), histamine (HIS), tyramine (TYR), spermidine (SPD), spermine (SPM)], 내부표준물질(1,7-diaminoheptane), sodium bicarbonate, ammonium hydroxide 용액과 dansyl chloride는 모두 Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)사 제품을 사용하였 다. Perchloric acid는 Junsei (Kyoto, Japan)사, sodium hydroxide는 Yakuri (Tokyo, Japan)사와 ammonium acetate 는 Wako (Osaka, Japan)사 제품을 사용하였다.

    실험장비

    BAs 분석을 위해 사용한 분석장비는 AQUITY UPLC SQD (Waters, Wisconsin, MA, USA), LC-MSMS (Q Exactive Focus, Thermo Scientific, Bremen, Germany)를 사용하였으며, 분석조건은 Table 1, 2에 나타내었다. 시료 전처리를 위해 전자저울(MSA524SDA, Sartorius, Germany), 왕복식진탕기(MMV-1000W, Eyela, Japan, KBT), 초음파추출장치(Branson 8510, Branson Ultrasonic, Saint Louis, MO, USA), 냉동원심분리기(1236MGR, GYROZEN Co., Daejeon, Korea)를 사용하였다. 또한, 저 장온도 유지를 위한 장비로 냉장고(MPR-721-PK, Panasonic, Korea), 냉동고(CA-G17DZ, LG, Seoul, Korea), incubator (MICOM CFF-0622, Sanyo, Osaka, Japan) 및 dry oven (DS-FCPO 31, Dongseo Science Co., Dangjin, Korea)을 사용하였다.

    표준용액 제조

    각 표준품 및 내부표준물질을 0.4 M HClO4에 녹여 약 5,000 mg/kg 되도록 한 것을 표준원액으로 사용하였고, 이를 각각 혼합하여 500 mg/kg이 되도록 하여 혼합 표 준용액으로 하였으며, 최종농도가 0.1, 1, 5, 10, 20, 30 mg/kg이 되도록 희석한 것을 표준용액으로 하여 사 용하였다.

    시료의 전처리

    본 연구의 전처리방법은 유해물질분석법 안내서15) 방법 에 따라 균질화된 수산물 5 g을 취하여 시험관에 넣은 후, 0.4 M HClO4 20 mL를 첨가하여 4°C, 2시간동안 추출하였 다. 원심분리기로 3,000 rpm, 4°C, 10분 동안 원심분리 후 상등액을 모으고, 새로운 0.4 M HClO4 20 mL를 검체에 첨가 후 추출하였다. 따로 모은 상등액과 새로운 상등액 을 합친 후, 0.4 M HClO4을 가하여 최종 부피 50 mL로 정용하여 여과지로 여과하였다. 마개 달린 유리시험관에 1 mL를 취한 다음 내부표준물질(100 mg/kg)를 100 μm 가 한 후 포화 NaHCO3 300 μL와 2 M NaOH 200 μL을 차례 로 넣어 준 뒤 1% dansyl chloride 2 mL를 첨가하였다. 외 부의 빛이 차단된 상태에서 40°C, 45분간 반응시켰다. 25% ammonium hydroxide 100 μL를 첨가하고 실온에서 30분 간 반응시켜 남은 댄실염화물을 제거하였다. 아세토니트 릴로 최종 부피를 5 mL까지 정용 후 3,000 rpm, 4°C, 5분 동안 원심분리한 후 상등액을 마이크로필터(0.2 μm)로 여 과하여 HPLC로 분석하였다.

    생선의 온도/시간에 따른 BAs 변화

    온도와 시간 변화에 따른 수산물(삼치, 고등어와 연어) 의 BAs 함량 변화는 20°C와 30°C에서 3, 6, 9, 12, 24, 48, 72 시간 각각 경과 후와 -20°C와 4°C에서 3, 6, 9, 12, 24, 48, 72시간, 7일, 14일 각각 경과 후에 BAs 8종의 함량 변 화를 관찰하였다. BAs 함량은 모두 3번 반복 분석한 평 균값으로 나타내었다.

    생선의 염 처리에 따른 BAs 변화

    염(20%)을 처리한 수산물(고등어와 삼치)과 처리하지 않 은 수산물은 30°C에서 1, 2, 3일 각각 경과 후 BAs 8종 의 함량을 분석하였다. BAs 함량은 모두 3번 반복 분석 한 평균값으로 나타내었다.

    시험법 검증

    BAs 함량 분석에 대한 검출한계(limits of detection, LOD)와 정량한계(limits of quantitation, LOQ)는 ICH Quality guidelines16) 에서 제시한 산출방법에 따라 계산하 였으며, 회수율은 고등어와 삼치에 표준물질을 5, 10, 30 mg/ kg이 되도록 첨가한 뒤 분석법에 따라 3회 반복 처리하여 측정하였고, 그 평균값으로 나타내었다.

    위해성평가

    수산물의 섭취를 통한 BAs에 대한 안전성을 평가하기 위하여 식품 중 오염도, 식품 섭취량, 평균 체중 등을 고 려하여 인체 총 노출량을 산출하고, 벤치마크용량(BMDL) 과 비교하여 MOE (Margin of exposure, 노출한계)를 산 출하였다.

    수산물의 품목별 1인 1일 평균섭취량은 식품별 일일섭 취량17)과 식품섭취량 산출 표준가이드라인18) 자료를 바탕 으로 1일 인체노출량을 산출하였으며, BAs 함량은 노출 량이 저평가되지 않도록 최대 함량을 사용하였다. BAs 중 히스타민을 제외하면 독성 기준값이 아직 설정되어 있지 않아 Codex 에서 제안한 히스타민의 독성 기준값 BMDL (Benchmark Dose Lower bound, 기준용량 하한값, 36,920 μg/kg b.w./day)18)을 이용하였으며, 산출한 인체노출 량과 비교하여 MOE(Margin of exposure, 노출한계)를 산 출하였다. MOE는 독성 기준값을 인체노출량으로 나눈 값 으로 1보다 작은 값일 때 위해성이 있다고 판단할 수 있다.

    통계분석

    본 연구에서 얻어진 실험결과에 대한 통계처리는 SPSS 18.0(Statistical Package for Social Sciences, SPSS Inc., Chicago, IL, USA) software를 이용하여 분산분석(ANOVA) 을 실시하였으며, 유의성 차이 검증을 위해 사후검증으로 Duncan과 Scheffe’s multiple range test (P<0.05)를 이용하 여 분석하였다.

    Results and Discussion

    시험법 검증

    분석 결과에 대한 시험법 검증을 위한 검출한계, 정량 한계 및 회수율 측정 결과는 Table 3과 같으며, LC-MSMS PRM parameters는 Table 4에 나타내었다. 상관계수는 0.9980-0.9995로 양호한 직선성을 보였다. LOD는 0.0054- 0.0448 mg/kg, LOQ는 0.0164-0.1356 mg/kg 수준이었다. 회 수율은 80.4-112.6%, 정밀도의 상대표준편차는 6% 이내로 본 연구의 실험 수행에 적합한 것으로 판단되었다19,20).

    수산물의 BAs 함량

    학교급식 수산물 121건과 유통 수산물 77건(총 198건) 에 대한 BAs 8종의 분석결과는 Table 5, 6에 나타내었다. 198건의 BAs 평균 함량은 14.4±17.7 mg/kg(히스타민 평균 함량 0.4±2.3 mg/kg)이었다. 유통 수산물은 평균 BAs 함 량이 19.1±19.7 mg/kg(히스타민 0.6±3.4 mg/kg)이었고, 학교 급식 수산물은 평균 BAs 함량이 11.4±15.7 mg/kg(히스타 민 0.3±1.2 mg/kg)으로 나타났으며, 이는 히스타민의 국내 ·외 기준 규격12)에 적용하였을 때 모두 적합한 수준이었다. Fig. 1에서 보는 바와 같이 학교급식 수산물이 유통 수산 물에 비해 평균 BAs과 평균 히스타민 함량이 모두 낮게 나타나 학교급식 수산물이 유통 수산물에 비해 안전하게 유통되고 있는 것으로 나타났으며, t-검정 결과 통계적으 로 유의한 차이를 보였다(P<0.05).

    유통 수산물은 꽁치에서 tryptamine이 98 mg/kg으로 가장 높게 검출되었고, 히스타민은 참치통조림에서 30 mg/kg으로 가장 높게 검출되었다. 학교급식 수산물에서는 쭈꾸미에서 tryptamine이 45 mg/kg으로 가장 높게 검출되었고, 히스타민 은 가다랭이포에서 10 mg/kg 으로 가장 높게 검출되었다. Tryptamine은 tryptophan이 전구체가 되어 탈탄산작용에 의 하여 얻어진 BAs로 혈압 상승 및 histamine 산화를 억제하 여 인체에 히스타민 독성을 증가시키는 것으로 밝혀져 있다21).

    등푸른 생선과 흰살 생선의 평균 BAs과 히스타민 함량 은 Fig. 2에서 보는 바와 같이 등푸른 생선이 약 4-5배 모 두 높았으며, 등푸른 생선과 흰살 생선의 BAs 함량은 통 계적으로 유의한 차이를 보였다(P<0.05). 이는 부패가 진행 하는 동안 근육 타입 별로는 흰색 근육보다 참치, 고등어 같은 짙은색 근육에서 더 빨리 많은 아민을 생성하고22), 또 한 붉은살 생선은 근육조직에 히스티딘이 풍부하게 함유 되어 있다고 보고23)하고 있는 내용에 부합한다고 판단된다.

    원산지 분류 현황(Fig. 3)에서 유통 수산물은 수입산 비 율이 전체 유통 수산물에 15%이었고 학교급식 수산물은 전체 학교급식 수산물의 51%를 차지하여 학교급식에서 수입산 비율이 유통 수산물보다 약 3배가 높은 것을 확인 하였다.

    학교급식 수입산 수산물의 히스타민 평균 함량은 Fig. 4 에서 나타난 바와 같이 국내산에 비해 높은 함량으로 나 타났으며, t-검정 결과 통계적으로 유의한 차이를 보였다 (P<0.05).

    학교급식 수산물은 Fig. 5에서 나타난 바와 같이 87%(106 건)가 냉동으로 유통되고 있었고, 보관방법에 따른 BAs 함량은 냉동 유통 수산물이 실온 유통 수산물에 비해 약 4배 정도 낮게 조사되었으며, 통계적으로 유의한 차이를 보였다(P<0.05). 이는 어류에서 BAs 함량은 항구에 도착하 여 냉동하는 경우와 선상에서 냉동 또는 냉장하는 경우에 따라 다르다고 보고24)한 결과와 유사하였다.

    BAs 간 상관관계를 살펴본 결과는 Table 7과 같으며, 95% 신뢰수준에서 2개의 BAs 간 상관관계가 있었고, 99% 신뢰 수준에서 5개의 BAs 간 상관관계가 있음을 알 수 있었다.

    수산물 BAs 위해성 평가

    학교급식과 유통 수산물 198건에 대해 모니터링한 자료 중 품목별 BAs의 최대 함량으로 산출한 노출량과 히스타민 의 독성 기준값으로사용한 BMDL (36,920 μg/kg b.w./day)19) 을 이용하여 MOE를 산출한 결과는 Table 8과 같다. 유통 수산물의 MOE가 꽁치에서 최소 581로 확인되어 MOE가 1보다 훨씬 높아 학교급식과 유통 수산물의 위해성은 낮 은 것으로 평가되었다.

    생선의 온도/시간에 따른 BAs 함량

    삼치, 고등어, 연어의 온도와 시간에 따른 BAs 함량 변 화 결과, 모두 온도와 시간이 증가함에 따라 증가하는 추 세를 관찰하였다(Fig. 6). 이는 저장 및 숙성과정에서 미 생물의 작용으로 BAs 함량이 늘어날 수 있다는 보고25)와 동일한 경향을 보였다.

    삼치는 30°C, 36시간 경과 후에 히스타민 함량이 144 mg/ kg로 급격히 증가하였으며, 고등어는 30°C, 24시간 경과 후에 히스타민 함량이 308 mg/kg로 급격히 증가하였으나, 연어는 서서히 증가하는 경향을 보여주었다. 그러나 삼치, 고등어, 연어의 어종 간의 온도, 시간에 따른 BAs 함량 간의 통계적 유의한 차이는 없었다(P<0.05).

    또한, 4°C에서는 3일까지, -20°C에서는 14일까지 삼치, 고등어, 연어 모두 히스타민이 검출되지 않았다. 20°C 이 상에서는 모두 미생물의 탈탄산 효소의 작용으로 BAs이 생성되었으며, 4°C 이하에서는 미생물의 탈탄산 효소의 작 용이 억제되는 환경 영향에 기인한다고 사료된다.

    이러한 결과는 4°C, 10°C, 22°C에서 다랑어의 histamine 함 량조사에서 22°C에 1일 300 mg/kg이 증가한다는 보고25)와 20°C, 35°C에서 저장하는 동안 종에 따라 다르지만, histamine이 2-6일에 500 mg/kg 이상 생성한다는 보고와 냉 동보관 시 히스타민은 증가하지 않는다는 보고26) 내용과 유사하였다.

    온도와 시간 경과에 따라 히스타민 등 BAs이 증가하므 로 생선 유통은 냉장 또는 냉동차를 이용하고 가능한 신 속히 섭취하여야 하며, 실온에서의 보관은 환경에 따라 24 시간 이내에 히스타민 기준(200 mg/kg)을 초과할 수 있으 므로 특별한 관리가 필요할 것으로 보여진다.

    생선의 염 처리에 따른 BAs 함량

    생선(고등어와 삼치)의 염(20%) 처리에 따른 BAs 함량 결과는 Table 9와 같다. 염 처리한 삼치와 고등어에서 염 처리하지 않은 삼치와 고등어보다 히스타민 등 BAs이 훨 씬 낮게 나타났다. 이는 미생물의 탈탄산 효소의 작용이 억제되어 BAs의 생성이 억제된 것으로 사료된다. 이는 식 품 내 아민의 함량은 식염 첨가량 등의 사용 여부에 따라 차이가 발생한다는 보고27)와 동일하게 나타났다. 따라서 생선 보관 시 염 처리 후 보관하면 BAs을 줄이는데 효과 적일 수 있을 것으로 사료된다.

    국문요약

    본 연구는 2019년 국내에서 유통되는 수산물 198건(학 교급식 수산물 121건, 유통 77건)에 대하여 히스타민 등 8종의 바이오제닉아민(BAs) 함량을 분석하였다. 또한, 삼 치, 고등어, 연어에 대하여 시간, 온도와 염 처리에 따른 BAs 함량 변화를 관찰하였다. 수산물의 평균 히스타민 함량은 0.4±2.3 mg/kg이었으며, 모두 히스타민 기준 200 mg/kg이내 이었다. MOE를 산출하여 위해성을 평가 한 결과, MOE가 1 이상으로 학교급식 수산물은 안전한 것으로 평가되었다. 시간과 온도에 따른 생선의 BAs 함 량 변화는 시간과 온도가 증가함에 따라 증가하는 경향 을 나타내었으며, 히스타민 함량이 30°C에서 144 mg/kg( 삼치, 36시간)과 308 mg/kg(고등어, 24시간)로 급격히 증 가하였다. 또한, 삼치, 고등어와 연어를 4°C와 -20°C에 보 관한 결과, 4°C에서는 3일까지, -20°C에서는 14일까지 모 두 히스타민이 검출되지 않았다. 생선의 염 처리에 따른 BAs 함량 변화는 염을 처리한 삼치와 고등어에서 염을 처리하지 않은 삼치와 고등어보다 히스타민 등 BAs 함량 이 낮게 나타났다.

    Figure

    JFHS-35-2-125_F1.gif

    Distribution of BAs content of distribution fishery products and school-meal fishery products (P<0.05).

    JFHS-35-2-125_F2.gif

    Distribution of BAs content of externally blue colored fish and white fish. Mean values in the same column that are not followed by the same letters are significantly different (P<0.05).

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    Distribution of country of origin of distribution fishery products and school-meal fishery products.

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    Distribution of BAs content by country of origin in school-meal fishery products (P<0.05).

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    Distribution of BAs content according to storage method of distribution fishery products and school-meal fishery products. Mean values in the same column that are not followed by the same letters are significantly different (P<0.05).

    JFHS-35-2-125_F6.gif

    Changes in BA content with temperature and time(20°C, and 30°C for 3, 6, 9, 12, 24, 48, and 72 h, -20°C, and 4°C for 3, 6, 9, 12, 24, 48, and 72 h, 7 days, and 14 days) of Japanese Spanish mackerel, chub mackerel, and salmon.

    Table

    HPLC parameters for the analysis of biogenic amines

    LC-MSMS(PRM) analytical conditions

    LOD1), LOQ2), recoveries and precision of BAs

    PRM1) conditions for BAs in eight target analytes

    The mean concentrations of BAs in distribution fishery products (Unit : mg/kg)

    The mean concentrations of BAs in school-meal fishery products (Unit : mg/kg)

    Pearson’s correlation among BAs from the results of monitoring distribution fishery products and school-meal fishery products (198 samples)

    Results of MOE1) risk assessment from calculating the dosage with BMDL2) and the maximum content of BAs per item of distribution fishery products and school-meal fishery products

    Changes in BAs and histamine content of salted and non-salted fish of 20% salt concentration at 30°C temperature (Unit : mg/kg)

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