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二、食品分析概述
1、食品分析的定义
定义:
是对食品中的化学组成以及可能存在的不安全因素的研究和探讨食品品质和食品卫生及其变化的一门学科。
任务:
应用物理、生物化学的一些基本原理和多种科学技术,对各类食品组成成分的测定方法及其有关理论进行研究。
另外:
食品分析还是食品营养评价与食品加工过程中质量保证体系的一个重要组成部分,它贯穿于食品资源的开发、食品加工生产与销售的全过程。
2、食品分析检验的内容
(1)食品营养成分的检验
主要指水、蛋白质与氨基酸、脂肪、碳水化合物、维生素以及有关固形物、灰分、常量、微量元素的检验。
(2)食品添加剂的检验
为了改进食品的色、香味或防止食品变质,在食品生产过程中加入了一些物质。
如果使用的品种,数量不当,不仅影响食品的质量,而且可能对人体造成危害。
因此对食品添加剂的检测也是食品分析的重要内容。
(3)食品中有害、有毒物质的检验
食品中的有害成分包括:
天然存在的毒素;
农药残留;
包装运输的有害物质;
食品污染;
生物污染;
微生物及其毒素等
(4)食品新鲜度的检验
新鲜度是食品的主要品质。
(5)掺假食品的检验
掺假食品的检验是食品检验的重要内容之一。
三、食品分析所采用的分析方法
食品分析所采用的方法主要有感官分析法、理化分析法、微生物分析法和酶分析法。
(1)感官分析法
感官分析又叫感官检验或感官评价,是通过人的感觉器官(眼、耳、鼻、舌、皮肤)所具有的味觉、嗅觉、视觉、触觉等,结合平时的实践经验,并借助一定的器具对食品的色、香、味、形等质量特性和卫生状况做出判定和客观评价的方法。
常用的感官分析检验方法有差别检验法、类别检验法、分析或描述性检验法。
1、感官分析
可分为:
视觉鉴定;
嗅觉鉴定;
味觉鉴定;
听觉鉴定;
触觉鉴定;
(1)视觉鉴定
是鉴定者利用视觉器官,所通过观察食品的外观形态、颜色光泽、透明度等,来评价食品的品质如新鲜度、有无不良改变以及鉴别果蔬成熟度等的方法。
(2)嗅觉鉴定
通过被检物作用嗅觉器官所引起的反应来评价食品质量(如纯度、新鲜度或劣变程度)的方法。
(3)味觉鉴定
利用人的味觉器官(主要是舌头),通过品尝食品的滋味和风味,从而鉴别食品品质优劣的方法。
所引起的反应来评价食品的方法称为味觉检验。
(4)听觉鉴定凭借人体的听觉器官对声音的反应来检验食品品质的方法。
(5)触觉鉴定通过被检食品作用于鉴定者的触觉器官(手、皮肤)所产生的反应来评价食品品质的一种方法。
2、理化分析法
(1)物理分析法通过对被测食品的某些物理性质如温度、密度、折射率、旋光度、沸点、透明度等的测定,可间接求出食品中某种成分的含量,进而判断被检食品的纯度和品质。
(2)化学分析法是以物质的化学反应为基础的分析方法,主要包括重量分析法和滴定分析法两大类。
它适用于食品中常量组分的测定,所用仪器设备简单,测定结果较为准确,是食品分析中应用最为广泛的方法。
(3)仪器分析法以物质的物理和物理化学性质为基础的分析方法。
需要借助较特殊的仪器。
常用的仪器分析方法有以下几种:
1)光学分析法2)电化学分析法3)色谱分析法
3、微生物分析法
基于某些微生物的生长需要特定的物质而进行相应组分测定的方法。
此法测定条件温和、方法选者性较高。
4、酶分析法
利用酶的反应进行物质定性、定量的方法。
此法测定条件温和,结果准确,已应用于食品中有机酸、糖类和维生素的测定。
第二章食品成分及其结构和性质
第一节水分
一、概述
(一)水在食品工艺学方面的功能
组成成分;
显示色、香、味、形、质构特征;
分散蛋白质、淀粉、形成溶胶;
影响鲜度、硬度;
影响加工,起浸透、膨胀作用;
影响储藏性
(二)水在食品生物学方面的功能
稳定生物大分子的构象,使表现特异的生物活性;
体内化学介质,使生物化学反应顺利进行;
营养物质,代谢载体;
热容量大,调节体温;
润滑作用
二、食品中水的存在形式
(一)水的状态
相比于与水具有相似的相对分子量和原子成分的分子,水具有异常高的熔点、沸点、表面张力、介电常数、热容和相转变热。
但是密度较低,在结冰时显示异常的膨胀特性。
(二)食品中水的存在形式
1、自由水
又称为(体相水,游离水,吸湿水);
指食品中与非水成分有较弱作用或基本没有作用的水,主要靠毛细管力维系。
食品中的自由水活性高,越少越有利于保藏,与食品的风味、硬度和韧性密切相关。
在食品储藏过程中发生变动和发挥功能的主要是自由水。
2、结合水
指存在于食品中的与非水成分通过氢键结合的水,是食品中与非水成分结合的最牢固的水。
根据与食品中非水组分之间的作用力的强弱可将结合水分成:
1)单分子层水2)多分子层水。
三、水分活度
(一)水分活度的定义
表示食品中水分的有效浓度,(近似表示为溶液中水蒸气分压与纯水蒸汽压之比)。
即
水分活度之值介于0~1之间。
(二)水分活度与温度的关系
1、Aw随着温度的变化而变化,含水量相等时,温度越高,Aw越大。
2、高于冰点时,Aw与食品组成及T有关,其中食品组成是主要因素,当组成水分相同T上升,则Aw上升。
低于冰点时,Aw与食品组成无关,仅与温度有关。
冰点以上或以下,Aw对食品稳定性影响是不同的。
四、食品的水分等温稀释曲线
吸湿等温线分区:
为了说明吸湿等温线内在含义,并与水的存在状态紧密联系,可以将其分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区。
Ⅰ区:
Aw=0~0.25约0~0.07g水/g干物质;
是食品中与非水物质结合最紧密的水;
属单分子层水(含水合离子内层水);
不能作溶剂,-40℃以上不结冰,与腐败无关。
Ⅱ区:
Aw=0.25~0.80;
属多分子层水,加上Ⅰ区约占高水食品的5%,不作溶剂,-40℃以上不结冰,起到膨润和部分溶解的作用,会加速化学反应的速度,但接近0.8(Aw)的食品,可能有变质现象。
Ⅲ区:
Aw=0.80~0.99主要自由水,起到溶解和稀释作用,可结冰,可作溶剂。
五、水分活度与食品的稳定性
水分活度越小的食品越稳定,较少出现腐败变质的现象。
Aw与微生物生长
微生物的生长繁殖需要水,适宜的Aw一般情况如下,
Aw<
0.90大多数细菌
<
0.87大多酵母
0.80大多霉菌
0.8~0.6耐盐、干、渗透压细菌、酵母、霉菌
0.50任何微生物均不生长繁殖
Aw与酶促反应
水可作为介质,活化底物和酶
Aw<
0.8大多数酶活力受到抑制
Aw=0.25~0.3淀粉酶、多酚氧化酶、过氧化物酶抑制或丧失活力
而脂肪酶在Aw=0.1~0.5仍保持其活性,如肉脂类(因为活性基团未被水覆盖,易与氧作用)
Aw与非酶褐变
0.7 Aw升高,v升高,
Aw=0.6~0.7v最大
Aw>
0.7 v降低(因为H2O稀释了反应物浓度)。
Aw与脂肪氧化酸败
影响复杂:
0.4Aw↑V↓(MO2—H2O阻V)
0.4Aw↑V↑(H2O溶解O2,溶胀后催化部位暴露,氧化V↑)
0.8Aw↑V↑(稀释浓度)
Maillard反应和VB1分解的速度都是在Aw值达到中等至较高时呈现最高。
第二节糖类
糖是一类含多羟基醛或多羟基酮的化合物。
分子通式:
Cn(H2O)m,统称为碳水化合物。
(一)糖类化合物的定义与来源
糖类化合物广泛存在于各种生物有机体内,是食品的主要组成成分之一,也是绿色植物经过光合作用形成的产物。
(二)、糖的分类
单糖(Monosaccharides)指不能被水解为更小单位的糖类物质,是结构最简单的糖;
如葡萄糖、果糖等;
寡糖(Oligosaccharides)由2~20个单糖分子缩合而成,水解产单糖;
如蔗糖、乳糖等;
多糖(Polysaccharides):
由多个单糖分子缩合而成,如淀粉、纤维等;
根据组成分均多糖和杂多糖。
(三)、食品中的糖类化合物
玉米粒含0.2%~0.5%的D-葡萄糖、0.1%~0.4%dD-果糖和1%~2%的蔗糖;
二、单糖和低聚糖
(一)单糖的结构
最小的碳水化合物,是不能水解的多羟基醛、酮及其衍生物。
分子含有手性碳原子。
单糖分子量较小,一般含有5~6个碳原子。
单糖是D-甘油醛的衍生物,可以形成缩醛和缩酮,糖分子的羟基可以与糖分子本身的一个醇基反应,形成分子内的半缩醛或半缩酮,形成五元呋喃糖或更稳定的六元吡喃环。
天然葡萄糖属于D异构系列,含有一个镜像分子L异构系列。
(二)低聚糖的结构与存在
1、低聚糖的结构
由2~20个糖单位通过糖苷键连接起来,形成直链的或者具有分支结构的一类糖的总称。
食品中天然低聚糖有:
双糖、蔗糖、乳糖、麦芽糖。
糖基组成可以是同种的(均低聚糖),也可以是不同种的(杂低聚糖)
分子量较大的低聚糖有:
饴糖、玉米糖浆中的麦芽低聚糖、环状糊精。
其中环状糊精在食品工业中广泛应用,可作为微胶囊的壁材。
环状糊精:
又称沙丁格糊精,由6~8单位α-D吡喃葡萄糖基通过α-1,4糖苷键首尾相连形成的环状低聚物,主要有α-、β-和γ-环状糊精3种。
在α-淀粉酶的作用下降解的主要产物为β-环糊精。
其利用价值主要在于其具有包裹疏水性小分子有机物的作用。
如维生素、风味物质等。
2、食品中重要的低聚糖
近年来开发的各种新型功能性低聚糖被引入食品,例如:
低聚果糖、低聚木糖、甲壳低聚糖等。
由两个单糖缩合而成的双糖,如纤维二糖、麦芽糖、异麦芽糖、龙胆二糖和海藻糖。
在食品中都有广泛应用。
其中糖的还原性和非还原性在食品中具有重要的作用,如乳糖。
三糖也存在于食品中,如麦芽三糖、甘露三糖、蜜三糖等
(三)单糖、低聚糖在食品中应用的物理性质
1、甜度
使人感觉到甜味的最低糖浓度。
用相对甜度表示,设蔗糖的甜度为1,则果糖1.5、葡萄糖0.7、半乳糖0.6、麦芽糖0.5、乳糖0.4.
多价醇具有甜味,其产生甜味的基团为—CHOH—CHOH—,同一种糖,其α型和β型的甜味也不相同。
如葡萄糖;
果糖。
蔗糖溶液没有α型和β型的变化,其甜味也不随时间变化
2、溶解度
几种糖的溶解度:
果糖78.94%,蔗糖66.6%,葡萄糖46.71%。
(果糖溶解度最高,葡萄糖溶解度最低)
3、结晶性
蔗糖易结晶,晶体生成很大;
葡萄糖易结晶,晶体生成细小;
果糖和转化糖较难结晶
4、吸湿性和保湿性
结合水的能力常被称为吸湿性和保湿性;
吸湿性是指糖在空气湿度较高的情况下吸收水分的性质。
保湿性指糖在较低空气湿度下保持水分的性质。
5、渗透压
相同浓度下(质量百分浓度),溶质分子的分子质量越小,溶液的摩尔浓度就越大,溶液的渗透压就越大,食品保存性越高。
6、粘度
糖溶液有一定粘度。
相同浓度下,溶液的粘度有以下顺序:
葡萄糖、果糖<蔗糖<淀粉糖浆;
(淀粉糖浆的粘度随转化度的增大而降低)。
食品生产中,可借调节糖的粘度来提高食品的稠度和可口性。
不同产品选用不同类型的糖
7、冰点降低
糖溶液冰点降低的程度取决于糖的浓度和分子质量的大小。
糖的浓度越高,分子质量越小,溶液冰点下降的越大。
相同浓度下对冰点降低的程度,葡萄糖>蔗糖>淀粉糖浆。
8、抗氧化性
是由糖溶液中氧气的溶解度降低而引起的。
果脯、罐头等生产中使用糖液,有利于保持水果的风味、颜色、和维生素C。
(四)单糖、低聚糖在食品应用方面的化学性质
1.水解反应—转化糖的形成
蔗糖在酶或酸的水解作用下形成的产物叫做转化糖。
所谓转化是指水解前后溶液的旋光度从左旋转化到右旋。
产用于转化躺生产的水是盐酸,酶是β-葡萄糖苷酶和β-果糖苷酶。
2.与碱的作用
糖在碱性环境中不稳定,易发生变旋现象(异构化)和分解反应。
这个反应于溶液温度、糖种类及浓度、碱的种类及浓度,以及作用的时间等因素。
碱处理淀粉糖浆,使葡萄糖部分异构化生成果糖,从而形成果葡糖浆(人造蜂蜜),此产物与蜂蜜的风味极为相似,但维生素的含量不及蜂蜜。
果葡糖浆的强吸湿性使其可以作为面包、糕点的保湿剂,是其质地松软,但这类产品不宜使用于酥脆食品和硬糖中。
在生产甜酒和黄酒时,常在发酵液中添加适量的果葡糖浆,以加速胶木对糖的利用速度。
用碱法生产果葡糖浆时,碱的浓度不宜过高,否则会引起糖转化生成糖醛酸,并发生分解。
3.与酸的作用
在室温下稀酸对单糖的稳定性无影响。
酸对糖的作用与酸的种类、浓度、反应温度紧密相关。
在不同条件下可发生如下反应:
①复合反应不同酸对此反应的催化程度依次为盐酸>
硫酸>
草酸,在工业上用酸水解淀粉产生葡萄糖时,产物往往含有5%左右的异麦芽糖和龙胆二糖,影响糖的结晶性和风味。
复合反应是淀粉水解不利的反应,防止或尽量降低其含量的措施:
严格控制加酸量和淀粉乳液的浓度;
控制液化温度;
控制液化时间。
②脱水反应
戊糖(加热和酸性条件)→糠醛;
己糖(加热和酸性条件)→5-羟基糠醛→(分解)甲酸等→(聚合)有色物质。
4.氧化与还原反应
在强氧化剂作用下,糖被完全氧化成CO2和H2O;
在弱氧化剂如溴水中,醛糖被氧化成糖酸,糖酸进一步发生分子内脱水成γ-和δ-内酯,可以作为蛋白凝固剂。
醛或酮糖与Tollens试剂(AgNO3-NH3)作用会产生银镜。
已广泛应用于糖的定量、定性分析中。
单糖的糖基在一定条件下被还原成羟基而得到相应的糖醇类化合物,如山梨醇、甘露糖醇、木糖醇等;
在食品中得到广发的应用。
(五)非酶褐变-焦糖化作用和美拉德反应
氧化或酶促褐变是氧和酚类物质在多酚氧化酶催化作用下发生的一种反应。
如苹果、梨、马铃薯切片时。
非氧化或非酶促褐变主要包括焦糖化作用和美拉德反应。
焦糖化作用小分子糖(单糖和双糖),的热分解反应成为焦糖化反应。
加热到熔点以上(蔗糖200℃)时,或者由酸或碱催化,会变成黑褐色的色素物质,这种作用称为焦糖化褐变。
糖受强热生成两类物质,一是糖脱水形成焦糖(酱色),另一类是裂解形成一些挥发性的醛酮物质,进一步缩合,聚合成深褐色物质。
食品界利用糖高温变化后产生的焦糖风味和色素提高食品的感官品质。
如面包、糕点、咖啡.
美拉德反应食品在加热处理会产生不同程度的类黑色素,这类反应称为非酶褐变反应。
也称美拉德反应。
它是广泛存在于食品工业的一种非酶褐变。
是由羰基化合物(还原糖类)和氨基化合物(氨基酸和蛋白质)间的反应,经过复杂的历程最终生成棕色甚至是黑色的大分子物质类黑精或称拟黑素,所以又称羰氨反应。
影响Maillard反应的因素:
(1)温度升温易褐变
(2)水分褐变需要一定水分(中等)(3)金属离子Cu与Fe促进褐变(4)亚硫酸盐(5)pH值pH在4—9范围内,随着pH上升,褐变上升;
当pH≤4时,褐变反应程度较轻微;
pH在7.8—9.2范围内,褐变较严重。
(6)糖的种类及含量a.五碳糖>
六碳糖b.单糖>
双糖c.还原糖含量与褐变成正比
三、多糖
为聚合度≥10的单糖的高聚物,广泛存在于动植物及微生物中。
多糖中的纤维素、半纤维素、果胶、壳质、硫酸软膏素等,主要起细胞的支撑(骨骼)作用;
淀粉、糖原、菊粉等起能的贮藏作用。
而粘质多糖等起保护、润滑、离子固定、防冻等作用。
(一)淀粉
广泛分布于植物的根、茎、种子中,其贮藏能的作用,构成淀粉的糖,几乎都是D-葡萄糖。
是人类主食的主要成分。
淀粉有两种,仅以α-1,4-苷键结合、构成直链状的叫直链淀粉,而以α-1,4-苷键结合为主,并有α-1,6-苷键结合、且在此处分枝的叫支链淀粉。
普通淀粉由15∽30%直链淀粉,70∽85%支链淀粉组成。
一般直链淀粉的聚合度为数百∽数千,而支链淀粉为数万,支链的平均链长为20∽25个葡萄糖单位。
化学性质:
①无还原性;
②淀粉+碘→蓝色反应;
③淀粉水解最终生成葡萄糖,水解程度可用碘加以检测:
淀粉的糊化(gelatinization)
(1)淀粉的糊化:
淀粉粒在受热(60-80℃)时会在水中溶胀,形成均匀的糊状溶液,称为糊化,它的本质是淀粉分子间的氢键断开,分散在水中。
糊化后的淀粉又称为α-化淀粉,将新鲜制备的糊化淀粉浆脱水干燥,可得分散于凉水的无定形粉末,即“可溶性α-淀粉”。
即食型的谷物制品的制造原理就是使生淀粉“α化”。
影响淀粉的糊化的因素:
温度:
温度越高,糊化程度越大。
水分活度:
水分活度低,不能糊化或糊化程度有限。
低pH值时,淀粉水解产生糊精而变稀。
直链淀粉与支链淀粉的含量:
直链淀粉含量越高,淀粉越难糊化。
淀粉老化(retrogradation)
淀粉溶液经缓慢冷却,或经长期放置,会产生不透明甚至沉淀的现象,其本质是糊化的淀粉分子又自动排列成序,形成致密的不溶性分子微束,分子间氢键又恢复。
老化可视为糊化作用的逆转,但是老化不可能使淀粉彻底复原成生淀粉(β-淀粉)的结构状态,与生淀粉相比,晶化程度低。
老化的淀粉不易为淀粉酶作用。
影响淀粉老化的因素1)淀粉的种类;
2)食品的含水量;
3)温度;
4)酸度
(二)纤维素
纤维素是D-葡萄糖以β-1,4糖苷键组成的大分子直链不溶性均一多糖。
纤维素中羟基被甲基、羟丙基甲基和羧甲基取代,形成纤维素衍生物,也可称为纤维素胶。
蔬菜、水果和谷物中的不可消化的碳水化合物称为膳食纤维。
羧甲基纤维素分子链长、具有刚性、带负电荷,在溶液中因静电排斥作用使之呈现高粘度和稳定性,它的这些性质与取代度和聚合度密切相关。
羧甲基纤维素有助于食品蛋白质的增溶,例如明胶、干酪素和大豆蛋白等。
在增溶过程中,羧甲基纤维素与蛋白质形成复合物。
羧甲基纤维素具有适宜的流变学性质、无毒以及不被人体消化等特点,因此,在食品中得到广泛的应用,如在馅饼、牛奶面糊、布丁、干酪涂抹料中作为增稠剂和粘合剂。
1.羧甲基纤维素(CMC)
2.甲基纤维素和羟丙基纤维素
甲基纤维素是纤维素的醚化衍生物,商业产品的取代度一般为1.1—1.2。
它的特点是热胶凝性,即溶液加热时形成凝胶,冷却后又恢复溶液状态。
不能被人体消化,是膳食中无热量多糖。
羟丙基甲基纤维素(HPMC)是纤维素与氯甲烷和环氧丙烷在碱性条件下反应制备的,取代度通常在0.002~0.3范围。
甲基纤维素和羟丙基纤维素的起始粘度随着温度上升而下降,在特定温度可形成可逆性凝胶,胶凝温度和凝胶强度与取代基的种类和取代度及水溶胶的浓度有关,羟丙基可以使大分子周围的水合层稳定,从而提高胶凝温度。
甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素可增强食品对水的吸收和保持,使油炸食品不至于过度吸收油脂,例如炸油饼。
第三节脂质
由脂肪酸和醇作用生成的酯及其衍生物统称为脂类,这是一类不溶于水而溶于大部分有机溶剂的化合物。
它们是脂肪组织的主要成分,而脂肪同蛋白质和碳水化合物一起构成了所有活细胞的主要结构成分。
99%的植物和动物脂类是脂肪酸甘油酯,习惯上将室温呈固态的称为脂肪,呈液态的称为油。
二、脂质的分类和结构
依据不同的原则,脂质有很多分类方法,常见的有以下几种:
1.依据物理状态不同,可分脂肪(常温下为固态)和油(常温下为液态)。
2.依据构成的脂肪酸不同,可分为单纯酰基油和混合酰基油。
3.依据来源不同,可分为乳脂类、植物脂、动物脂、海产品动物油、微生物油脂。
4.依据不饱和程度不同,可分为干性油、半干性油、不干性油。
5.依据化学结构不同,可分为简单脂、复合脂和衍生脂,
三、脂类的命名
(一)酰基甘油
天然脂肪是由甘油与脂肪酸结合而成的一酰基甘油、二酰酰基甘油和三酰基甘油混合物,天然脂肪中主要是以三酰基甘油形式存在。
(二)磷酯
磷酯是含有磷酸的酯类,主要有磷酸甘油脂和神经鞘磷酯。
甘油的1位和2位的两个羟基分别与两个脂肪酸生成酯,3位羟基与磷酸生成酯,即磷酯。
(三)脂肪酸
脂肪酸是天然脂肪水解而得的脂肪族一元羧酸.根据分子中烃基是否饱和可分为饱和脂肪酸和非饱和脂肪酸。
1.饱和脂肪酸的命名:
普通名或俗名是根据来源命名,许多脂肪酸最初是从某种天然产物中得到的据其来源命名。
例如棕榈酸(16:
0),花生酸(20:
0)。
系统命名法是选择含羧基最长的碳链为主链,主链的碳原子数及编号从羧基碳原子开始,顺次编为;
·
1、2、3、…也可用甲、乙、丙、丁…按照与其相同碳原子数的烃定名为某酸。
2.不饱和脂肪酸的命名
(1)若含有双键,则定名为某烯酸,并把双键位置写在某烯酸前面。
(2)以数字标记表示碳原子数和双键数,数字与数字之间有一冒号。
冒号前面的数字表示碳原子数,冒号后的数字表示双键数。
(3)在某些情况下,可从分子甲基端的第一个双键位置区别不饱和脂肪酸。
甲基碳叫ψ碳。
四、天然油脂中的脂肪酸
1.饱和脂肪酸常见的饱和脂肪酸有正丁酸、正乙酸、正辛酸、正癸酸、十二烷酸、十八烷酸等。
2.不饱和脂肪酸常见的不饱和脂肪酸有一烯酸、二烯酸、三烯酸和多烯酸,炔酸较少见。
3.必需脂肪酸自然界存在的脂肪酸有40多种。
有几种脂肪酸人体白身不能合成,必须由食物供给,称为必需脂肪酸。
以往认为亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸这三种多不饱和脂肪酸都是必需脂肪酸.
五、天然食用油脂的组成
1.乳脂肪存在于反刍动物特别是乳牛的乳中。
2.月桂酸存在于某些品种的棕榈树中3.植物脂存在于各种热带树的种子中4.油酸一亚油酸来自于植物5.亚麻酸豆油、麦胚油、大麻籽油与紫苏子油等含有
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