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1、第九章第九章 食品分離技術(shù)食品分離技術(shù)第一節(jié)第一節(jié) 食品分離技術(shù)應(yīng)用范圍食品分離技術(shù)應(yīng)用范圍物料有效成分的提取和分離;物料有效成分的提取和分離;液體物料的濃縮;液體物料的濃縮;固形雜質(zhì)的分離;固形雜質(zhì)的分離;提取或脫除物料中某一組分;提取或脫除物料中某一組分;過濾除菌;過濾除菌;第二節(jié)第二節(jié) 分離技術(shù)分離技術(shù)一、過濾技術(shù)一、過濾技術(shù)二、沉降技術(shù)二、沉降技術(shù)三、離心分析三、離心分析四、膜分離技術(shù)四、膜分離技術(shù)五、浸出技術(shù)五、浸出技術(shù)六、六、蒸餾和精餾蒸餾和精餾七、七、超臨界流體萃取技術(shù)超臨界流體萃取技術(shù)八、泡沫吸附分離技術(shù)八、泡沫吸附分離技術(shù)一、過濾一、過濾(一)定義(一)定義 指懸浮液通過多孔

2、介質(zhì)而使其中固液指懸浮液通過多孔介質(zhì)而使其中固液兩相分離的過程。兩相分離的過程。(二)基本原理(二)基本原理 利用一種能將懸浮固體微粒截留,而液利用一種能將懸浮固體微粒截留,而液體能自由通過的多孔介質(zhì),在一定壓力差體能自由通過的多孔介質(zhì),在一定壓力差的推動(dòng)下,達(dá)到分離懸浮液中固、液兩相的推動(dòng)下,達(dá)到分離懸浮液中固、液兩相的目的。的目的。(三)過濾設(shè)備(三)過濾設(shè)備1、重力過濾設(shè)備重力過濾設(shè)備2、加壓過濾機(jī)、加壓過濾機(jī)3、真空過濾機(jī)、真空過濾機(jī) 4、離心過濾機(jī)、離心過濾機(jī)(1、進(jìn)行固液系分離、進(jìn)行固液系分離2、澄清、澄清3、除去微生物、除去微生物二、沉降二、沉降(一)定義(一)定義 是分散質(zhì)相對(duì)

3、于分散介質(zhì)的相對(duì)遷移是分散質(zhì)相對(duì)于分散介質(zhì)的相對(duì)遷移過程。過程。(二)基本原理(二)基本原理 由于分散物系(相)與連續(xù)相(分散由于分散物系(相)與連續(xù)相(分散介質(zhì))兩物質(zhì)的密度不同介質(zhì))兩物質(zhì)的密度不同,或懸浮液中的?;驊腋∫褐械牧W又睆讲煌瑥亩谥亓螂x心力作用下子直徑不同,從而在重力或離心力作用下產(chǎn)生分層而得到分離。產(chǎn)生分層而得到分離。(三)沉降設(shè)備(三)沉降設(shè)備 1、重力沉降器;、重力沉降器;2、沉降式離心機(jī);、沉降式離心機(jī);3、旋液分離器、旋液分離器(四)應(yīng)用范圍(四)應(yīng)用范圍1、澄清;、澄清;2、濃縮;、濃縮;3、分離或分級(jí)、分離或分級(jí)三、離心分離三、離心分離 (一)原理(一)原理

4、 料液在離心力作用下,按輕重不同分料液在離心力作用下,按輕重不同分層從而得到分離。層從而得到分離。(二)離心機(jī)的分類(二)離心機(jī)的分類 過濾式離心機(jī)過濾式離心機(jī) 沉降式離心機(jī)沉降式離心機(jī) 分離式離心機(jī)分離式離心機(jī)(三)適用范圍(三)適用范圍 物料脫水物料脫水 懸浮液分離、增濃或澄清懸浮液分離、增濃或澄清 乳濁液分離乳濁液分離 四、膜分離技術(shù)四、膜分離技術(shù)(一)定義(一)定義 將含有兩個(gè)以上組分的流體通過一固體膜,將含有兩個(gè)以上組分的流體通過一固體膜,借該膜的選擇性以及膜兩側(cè)的能量差(靜壓差、借該膜的選擇性以及膜兩側(cè)的能量差(靜壓差、濃度差、電位差)濃度差、電位差),將某種成分和流體中的其他組將

5、某種成分和流體中的其他組分分離的過程。分分離的過程。 微濾微濾 超濾超濾 反滲透反滲透 電滲析電滲析 (二)膜分離的類型和基本原理(二)膜分離的類型和基本原理1微濾(微濾(microfiltration, MF ) 分離范圍分離范圍0.022m,可截留微細(xì)物質(zhì),可,可截留微細(xì)物質(zhì),可濾除細(xì)菌和細(xì)小的懸浮顆粒。以孔徑濾除細(xì)菌和細(xì)小的懸浮顆粒。以孔徑102104 nm的多孔膜過濾溶液。的多孔膜過濾溶液。2超濾(超濾(ultrafiltration, UF ) 分離范圍分離范圍0.0020.2m,可濾除大分子物質(zhì),可濾除大分子物質(zhì)和微粒,以孔徑和微粒,以孔徑1100 nm的膜過濾。的膜過濾。3反滲透

6、(反滲透(reverse osmosis, RO) 利用反滲透膜選擇地透過溶劑的性質(zhì),對(duì)利用反滲透膜選擇地透過溶劑的性質(zhì),對(duì)溶液施加壓力,克服溶劑的滲透壓溶液施加壓力,克服溶劑的滲透壓,使溶劑通過使溶劑通過膜而從溶質(zhì)中分離出來的過程??煞蛛x分子量膜而從溶質(zhì)中分離出來的過程??煞蛛x分子量150或更低的化合物分子?;蚋偷幕衔锓肿?。反滲透與超濾主要區(qū)別反滲透與超濾主要區(qū)別(1)反滲透施加的壓力大,超濾小反滲透施加的壓力大,超濾小。(2)反滲透可分離大、小分子、微粒,一般水才能通)反滲透可分離大、小分子、微粒,一般水才能通過膜,超濾只分離大分子和微粒。過膜,超濾只分離大分子和微粒。(3)適用范圍:

7、反滲透主要用于海水淡化,果蔬汁等)適用范圍:反滲透主要用于海水淡化,果蔬汁等液體濃縮。超濾可用于果蔬汁、酒、醋澄清、汁液、液體濃縮。超濾可用于果蔬汁、酒、醋澄清、汁液、奶濃縮、天然色素等分離。奶濃縮、天然色素等分離。4電滲析電滲析(Electrodialysis, ED) 它通過具有選擇透性和良好導(dǎo)電性的離子它通過具有選擇透性和良好導(dǎo)電性的離子交換膜,在外加直流電場(chǎng)的作用下,使原水中交換膜,在外加直流電場(chǎng)的作用下,使原水中陰、陽離子分別通過陰離子交換膜和陽離子交陰、陽離子分別通過陰離子交換膜和陽離子交換膜,從而達(dá)到凈化作用的技術(shù)。換膜,從而達(dá)到凈化作用的技術(shù)。(三)膜材料和膜組件(三)膜材料和

8、膜組件1膜材料膜材料高分子膜高分子膜 常用二醋酸纖維素酯常用二醋酸纖維素酯(CA)、聚砜(、聚砜(PS)、)、聚丙烯腈(聚丙烯腈(PAN)等。)等。無機(jī)膜無機(jī)膜 多孔陶瓷膜、中空纖維玻璃膜、表面改性多孔陶瓷膜、中空纖維玻璃膜、表面改性多層多孔膜、碳分子篩膜等。多層多孔膜、碳分子篩膜等。2、膜應(yīng)具備以下性能特點(diǎn)、膜應(yīng)具備以下性能特點(diǎn)耐壓耐壓 MF膜膜0.150.2mpa、UF膜膜0.30.7mpa、RO膜膜0.76mpa。耐溫耐溫 082。耐酸堿耐酸堿耐化學(xué)腐蝕耐化學(xué)腐蝕高滲透流率高滲透流率3膜組件膜組件(1)分離設(shè)備)分離設(shè)備 主要由膜組件和對(duì)流體提供壓力的泵組成,主要由膜組件和對(duì)流體提供壓力

9、的泵組成,如電滲析,需直流電。如電滲析,需直流電。(2)對(duì))對(duì)MF、UF、RO而言,常用以下組件而言,常用以下組件板框式組件板框式組件管式膜組件管式膜組件卷式膜組件卷式膜組件中空纖維膜組件中空纖維膜組件(四)膜分離技術(shù)特點(diǎn)及在食品工業(yè)(四)膜分離技術(shù)特點(diǎn)及在食品工業(yè)中的應(yīng)用實(shí)例中的應(yīng)用實(shí)例1特點(diǎn)特點(diǎn)在常溫下進(jìn)行在常溫下進(jìn)行不發(fā)生相變化不發(fā)生相變化能耗低能耗低在密閉容器中進(jìn)行在密閉容器中進(jìn)行不用添加化學(xué)試劑、添加劑不用添加化學(xué)試劑、添加劑選擇性好選擇性好使用范圍廣使用范圍廣操作簡(jiǎn)便,易自動(dòng)化操作操作簡(jiǎn)便,易自動(dòng)化操作2. 膜分離技術(shù)在果蔬汁加工中的應(yīng)用膜分離技術(shù)在果蔬汁加工中的應(yīng)用超濾技術(shù)在蘋果

10、汁加工中的應(yīng)用超濾技術(shù)在蘋果汁加工中的應(yīng)用超濾技術(shù)用于蘋果汁澄清精制的工藝流程及特點(diǎn)超濾技術(shù)用于蘋果汁澄清精制的工藝流程及特點(diǎn) 蘋果蘋果料倉料倉清洗清洗 挑選挑選破碎破碎 壓榨壓榨 篩濾篩濾芳香物回芳香物回收收酶解酶解離心澄清離心澄清硅藻土過濾硅藻土過濾精濾精濾濃縮濃縮罐裝(成罐裝(成品)品)超濾超濾3. 超濾技術(shù)在酒類生產(chǎn)中的應(yīng)用超濾技術(shù)在酒類生產(chǎn)中的應(yīng)用(1)熟啤的過濾)熟啤的過濾 硅藻土過濾硅藻土過濾3m膜過濾膜過濾 1m膜過濾膜過濾清清酒罐酒罐罐裝罐裝(2)生啤的過濾)生啤的過濾 硅藻土過濾硅藻土過濾 3m膜過濾膜過濾清酒罐清酒罐 1m膜膜過濾過濾0.45m或或0.22m膜過濾膜過濾無

11、菌罐裝無菌罐裝 啤酒行業(yè)中氣體的無菌過濾啤酒行業(yè)中氣體的無菌過濾 氣體氣體0.45 m預(yù)過濾器預(yù)過濾器 0.22 m終端膜過濾器終端膜過濾器無菌氣體無菌氣體 蒸汽蒸汽蒸汽過濾器蒸汽過濾器(3)白酒生產(chǎn)中的應(yīng)用)白酒生產(chǎn)中的應(yīng)用(4)葡萄酒生產(chǎn)中的應(yīng)用)葡萄酒生產(chǎn)中的應(yīng)用(5)黃酒米酒生產(chǎn)中的應(yīng)用)黃酒米酒生產(chǎn)中的應(yīng)用(6)酒廠生產(chǎn)用水中的應(yīng)用)酒廠生產(chǎn)用水中的應(yīng)用7、膜技術(shù)在食用油加工和植物蛋白濃縮、提、膜技術(shù)在食用油加工和植物蛋白濃縮、提純中的應(yīng)用純中的應(yīng)用l膜法生產(chǎn)大豆分離蛋白l傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的“堿溶酸沉堿溶酸沉”法:法:l 水水l 豆粕豆粕提取提取蛋白漿液蛋白漿液離心分離離心分離渣子渣子干燥

12、干燥l l 離心分離離心分離沉淀沉淀蛋白提取液蛋白提取液酸酸l l蛋白乳清水蛋白乳清水凝乳蛋白凝乳蛋白堿堿 l l凈化處理凈化處理 解析中和解析中和l 廢水排放廢水排放 蛋白液蛋白液噴霧干燥噴霧干燥蛋白成品蛋白成品包裝包裝l膜法:l 水水l 豆粕豆粕提取提取蛋白漿液蛋白漿液離心分離離心分離渣子渣子干燥干燥l l 透過液透過液超濾超濾預(yù)處理預(yù)處理蛋白提取液蛋白提取液l l 凈化凈化 濃縮液濃縮液功能處理功能處理噴霧干燥噴霧干燥 l l 大豆低聚糖大豆低聚糖 分離大豆蛋白粉分離大豆蛋白粉l 包裝包裝成品成品五、浸出技術(shù)五、浸出技術(shù)(一)定義(一)定義 用適當(dāng)?shù)娜軇⒐腆w原料中的可溶性用適當(dāng)?shù)娜軇?/p>

13、固體原料中的可溶性組分提取出來的操作。組分提取出來的操作。(二)基本原理(二)基本原理 浸在溶劑中的固體原料先濕潤、可溶浸在溶劑中的固體原料先濕潤、可溶性溶質(zhì)溶解,從內(nèi)部擴(kuò)散到固體表面,最性溶質(zhì)溶解,從內(nèi)部擴(kuò)散到固體表面,最后溶質(zhì)從固體表面通過液膜擴(kuò)散達(dá)溶劑中。后溶質(zhì)從固體表面通過液膜擴(kuò)散達(dá)溶劑中。(三)影響因素(三)影響因素1可浸出物質(zhì)的含量:含量愈高,浸出速度愈可浸出物質(zhì)的含量:含量愈高,浸出速度愈大。大。2原料形狀、大?。汗腆w表面積愈大,擴(kuò)散原料形狀、大?。汗腆w表面積愈大,擴(kuò)散速度愈大。速度愈大。3浸出溫度:溫度愈高,擴(kuò)散速度愈大。浸出溫度:溫度愈高,擴(kuò)散速度愈大。4浸出時(shí)間:時(shí)間愈長,

14、浸出量愈大。浸出時(shí)間:時(shí)間愈長,浸出量愈大。5濃度差:濃度差愈大,浸出速度愈大。濃度差:濃度差愈大,浸出速度愈大。6溶劑:水、乙醇、乙醚、氯仿等。溶劑:水、乙醇、乙醚、氯仿等。(四)浸出方式(四)浸出方式 提取液提取液新溶劑新溶劑1. 單級(jí)間歇式單級(jí)間歇式2. 多級(jí)接觸式(逆流式)多級(jí)接觸式(逆流式) 固體原料固體原料渣渣3連續(xù)式連續(xù)式六、蒸餾和精餾六、蒸餾和精餾 常用于揮發(fā)性物質(zhì)的提取和有機(jī)溶劑回收。 (一)蒸餾(一)蒸餾 根據(jù)液體各成分的沸點(diǎn)不同使之部分根據(jù)液體各成分的沸點(diǎn)不同使之部分汽化,然后將蒸汽冷凝。分離出低沸點(diǎn)組汽化,然后將蒸汽冷凝。分離出低沸點(diǎn)組分的產(chǎn)品,但純度低。分的產(chǎn)品,但純

15、度低。(二)精餾(二)精餾 把蒸餾得到的初步產(chǎn)品又一次部分汽把蒸餾得到的初步產(chǎn)品又一次部分汽化并冷凝,產(chǎn)品組分的含量進(jìn)一步提高,化并冷凝,產(chǎn)品組分的含量進(jìn)一步提高,反復(fù)多次的操作,可得到純度高的產(chǎn)品。反復(fù)多次的操作,可得到純度高的產(chǎn)品。分子蒸餾分離技術(shù)分子蒸餾分離技術(shù)1. 概念概念 分子蒸餾技術(shù)是一種利用分子自由程的原理,對(duì)分子蒸餾技術(shù)是一種利用分子自由程的原理,對(duì)含有不同物質(zhì)的物料在液含有不同物質(zhì)的物料在液-液狀態(tài)下進(jìn)行分離的技液狀態(tài)下進(jìn)行分離的技術(shù)。術(shù)。2.分子蒸餾技術(shù)是一種特殊的高真空蒸餾分離技術(shù)。分子蒸餾技術(shù)是一種特殊的高真空蒸餾分離技術(shù)。3.分子蒸餾是在高真空下物料未達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)進(jìn)行的

16、,分子蒸餾是在高真空下物料未達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)進(jìn)行的,而被蒸餾物受熱時(shí)間很短,所以特別適用于高沸而被蒸餾物受熱時(shí)間很短,所以特別適用于高沸點(diǎn)、熱敏性物質(zhì)的分離。點(diǎn)、熱敏性物質(zhì)的分離。(三)食品工業(yè)應(yīng)用(三)食品工業(yè)應(yīng)用 精制魚油、魚肝油、脂肪酸及其衍生精制魚油、魚肝油、脂肪酸及其衍生物、二聚酸、生育酚、單甘酯、脂肪酸酯、物、二聚酸、生育酚、單甘酯、脂肪酸酯、牛油及豬油脫膽固醇、小麥胚芽油、乳酸、牛油及豬油脫膽固醇、小麥胚芽油、乳酸、雙甘油酯、辣椒油樹脂、植物蠟等。雙甘油酯、辣椒油樹脂、植物蠟等。七、超臨界流體萃取技術(shù)七、超臨界流體萃取技術(shù) 超臨界流體萃取是一種新型的萃取分離技術(shù)。超臨界流體萃取是一種新

17、型的萃取分離技術(shù)。該技術(shù)利用流體(溶劑)在臨界點(diǎn)附近某一區(qū)域該技術(shù)利用流體(溶劑)在臨界點(diǎn)附近某一區(qū)域(超臨界區(qū))內(nèi)與呆分離混合物中的溶質(zhì)具有異(超臨界區(qū))內(nèi)與呆分離混合物中的溶質(zhì)具有異常相平衡行為和傳遞性能,且它對(duì)溶質(zhì)溶解能力常相平衡行為和傳遞性能,且它對(duì)溶質(zhì)溶解能力隨溫度和壓力改變而在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)變動(dòng)這一隨溫度和壓力改變而在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)變動(dòng)這一特性而達(dá)到溶質(zhì)分離的一項(xiàng)技術(shù)。特性而達(dá)到溶質(zhì)分離的一項(xiàng)技術(shù)。 1897年年Hannay等發(fā)現(xiàn)超臨界乙醇具有極佳的等發(fā)現(xiàn)超臨界乙醇具有極佳的溶解能力,溶解能力,60年代德國年代德國Zosel利用其從羊毛油中提利用其從羊毛油中提取羊毛脂,現(xiàn)代應(yīng)用較廣

18、泛。取羊毛脂,現(xiàn)代應(yīng)用較廣泛。(一)定義(一)定義 利用作為溶劑的流體在臨界溫度壓力利用作為溶劑的流體在臨界溫度壓力以上與待分離混合物中的溶質(zhì)具有異常相以上與待分離混合物中的溶質(zhì)具有異常相平衡行為和傳遞性能,且溶解能力隨溫度平衡行為和傳遞性能,且溶解能力隨溫度和壓力改變而在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)變動(dòng)的特和壓力改變而在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)變動(dòng)的特性,萃取混合物中可溶性組成的分離技術(shù)。性,萃取混合物中可溶性組成的分離技術(shù)。(二)基本原理(二)基本原理1超臨界流體的基本性質(zhì)超臨界流體的基本性質(zhì) 物質(zhì)存在著氣體和液體不能共存的固有狀態(tài),此態(tài)稱物質(zhì)存在著氣體和液體不能共存的固有狀態(tài),此態(tài)稱為臨界態(tài),氣體能被液化的最高

19、溫度稱為臨界溫度(為臨界態(tài),氣體能被液化的最高溫度稱為臨界溫度(Tc),),在臨界溫度下被液化的最低壓力稱為臨界壓力(在臨界溫度下被液化的最低壓力稱為臨界壓力(Tc),臨),臨界溫度和臨界壓力統(tǒng)稱為臨界點(diǎn)。在臨界點(diǎn)附近,壓力和界溫度和臨界壓力統(tǒng)稱為臨界點(diǎn)。在臨界點(diǎn)附近,壓力和溫度的微小變化都會(huì)引起氣體密度的很大變化。隨著向超溫度的微小變化都會(huì)引起氣體密度的很大變化。隨著向超臨界氣體加壓,氣體密度增大到液態(tài)性質(zhì),這種狀態(tài)的液臨界氣體加壓,氣體密度增大到液態(tài)性質(zhì),這種狀態(tài)的液體稱為超臨界流體(體稱為超臨界流體(Super critical fluid,簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱SCF),其性),其性質(zhì)介于氣體和液體

20、之間。超臨界流體的密度為氣體的數(shù)百質(zhì)介于氣體和液體之間。超臨界流體的密度為氣體的數(shù)百倍,并且接近液體,而其流動(dòng)性和粘度仍接近于氣體,擴(kuò)倍,并且接近液體,而其流動(dòng)性和粘度仍接近于氣體,擴(kuò)散系數(shù)大約為氣體的百分之一,而較液體大數(shù)百倍。散系數(shù)大約為氣體的百分之一,而較液體大數(shù)百倍。 適用于超臨界萃取的溶劑有二氧化碳、乙烷、丙烷、適用于超臨界萃取的溶劑有二氧化碳、乙烷、丙烷、氫、甲苯等等。氫、甲苯等等。2CO2的超臨界特性的超臨界特性應(yīng)用二氧化碳作溶劑,具有以下優(yōu)點(diǎn):應(yīng)用二氧化碳作溶劑,具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)臨界溫度接近常溫,保護(hù)熱敏性天然物品,且)臨界溫度接近常溫,保護(hù)熱敏性天然物品,且易于操作;易于

21、操作;(2)臨界壓力低,易于達(dá)到;)臨界壓力低,易于達(dá)到;(3)化學(xué)穩(wěn)定性好、無燃燒、無爆炸的危險(xiǎn);)化學(xué)穩(wěn)定性好、無燃燒、無爆炸的危險(xiǎn);(4)無毒、無色、無味、不會(huì)污染制品)無毒、無色、無味、不會(huì)污染制品(5)具有防止氧化,抑制細(xì)菌活性作用;)具有防止氧化,抑制細(xì)菌活性作用;(6) 易得到價(jià)廉而高純度的氣體。易得到價(jià)廉而高純度的氣體。3超臨界流體萃取過程超臨界流體萃取過程(1)等壓變溫法)等壓變溫法(2)等溫變壓法)等溫變壓法(3)吸附法)吸附法 等溫變壓流程:等溫變壓流程:CO2氣體經(jīng)壓縮后達(dá)到氣體經(jīng)壓縮后達(dá)到最大溶解能力最大溶解能力(即超臨界即超臨界狀態(tài)狀態(tài)),然后進(jìn)入萃取器,然后進(jìn)入萃

22、取器中與被萃取的物料接觸;中與被萃取的物料接觸;萃取物經(jīng)減壓后在分離萃取物經(jīng)減壓后在分離器內(nèi)溶解能力將大大下器內(nèi)溶解能力將大大下降,溶質(zhì)也就分離出來降,溶質(zhì)也就分離出來了;氣體再進(jìn)入壓縮機(jī)了;氣體再進(jìn)入壓縮機(jī)進(jìn)行加壓,重新作為下進(jìn)行加壓,重新作為下一循環(huán)的萃取劑。一循環(huán)的萃取劑。萃取工藝流程圖自動(dòng)控制系統(tǒng)流程圖 (三)特點(diǎn)(三)特點(diǎn)1. 超臨界流體具有良好的滲透性和溶解性,可快速提超臨界流體具有良好的滲透性和溶解性,可快速提取有效成分。取有效成分。2. 在臨界點(diǎn)附近,流體溫度、壓力的變化微小變化會(huì)在臨界點(diǎn)附近,流體溫度、壓力的變化微小變化會(huì)引起溶解能力的極大變化,這種強(qiáng)選擇性對(duì)分離溶引起溶解能力的極大變化,這種強(qiáng)選擇性對(duì)分離溶解度接近的兩種成分有利,并且萃取后的溶質(zhì)和溶解度接近的兩種成分有利,并且萃取后的溶質(zhì)和溶劑分離也很容易。劑分離也很容易。3. 選用選用CO2,可在,可在t=31.1,p=7.38mPa下操作,可阻下操作,可阻止高溫和氧氣對(duì)食品影響。止高溫和氧氣對(duì)食品影響。4. 溶劑回收重復(fù)使用,無污染。溶劑回收重復(fù)使用,無污染。5

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