主题:【资料】CNS_19.006_山梨糖醇和山梨糖醇液

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刘琦

1章基本信息



山梨糖醇别名山梨醇,英文名是Sorbitol、D-Glucitol、Sorbol、D-Sorbitol。分子式是C6H14O6,分子量为182.17,密度为1.489 g/cm3,沸点为295℃。是蔷薇科植物的主要光合作用产物。山梨糖醇液是含67%~73% D-山梨糖醇的水溶液。毒性试验显示,内服过量会引起腹泻和消化紊乱。



1.1 理化性质

1.1.1物理性质

山梨糖醇为无色针状结晶,或白色晶体粉末,无臭,有清凉甜味,难溶于有机溶剂,它耐酸,耐热性能好,与氨基酸,蛋白质等不易起美拉德反应。山梨糖醇液为无色,透明稠状液体。依结晶条件不同,熔点在88~102℃范围内变化,相对密度约1.49。易溶于水(1g 溶于约0.45mL水中),微溶于乙醇和乙酸。山梨糖醇液为清亮无色糖浆状液体,有甜味,对石蕊呈中性,可与水、甘油和丙二醇混溶[1],pH值为6~7。

山梨糖醇有清凉的甜味,其甜度约为蔗糖的50%~70%。1g 山梨糖醇在人体内产生16.7kJ热量。食用后在血液内不转化为葡萄糖,也不受胰岛素影响。作为甜味剂使用不会引起龋齿。

山梨糖醇具有良好的保湿性能,可使食品保持一定的水分,防止干燥,还可防止糖,盐等析出结晶,能保持甜,酸,苦味强度的平衡,增强食品的风味,由于它是不挥发的多元醇,所以还有保持食品香气的功能。

1.1.2化学性质

山梨糖醇的化学性质相对稳定,不燃烧,不腐蚀,不挥发;浓度高时具有抗微生物的特性。有旋光性,略有甜味,具有吸湿性,能溶解多种金属,高温下不稳定。能参与酐化、酯化、醚化、氧化、还原和异构化等反应,并能与多种金属形成络合物[4]。山梨糖醇不含醛基,不易被氧化,加热时不与氨基酸产生美拉德反应。

2章功能及应用



山梨糖醇有吸湿,保水作用,在口香糖,糖果生产中加入少许可起保持食品柔软,改进组织和减少硬化起砂的作用。用量为百分之八左右,在面包,糕点中用于保水目的,使用量为百分之二左右,用于甜食和食品中能防止在物流过程中变味,还能螯合金属离子,用于罐头饮料和葡萄酒中,可防止因金属离子而引食品混浊。

根据《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》(GB2760-2014)中规定:山梨糖醇和山梨糖醇液的功能有甜味剂、膨松剂、乳化剂、水分保持剂、稳定剂、增稠剂(如表1[2])。

表1山梨糖醇和山梨糖醇液 sorbitol and sorbitol syrup



CNS号 19.006,19.023      INS号 420(i),420(ii)

功能 甜味剂、膨松剂、乳化剂、水分保持剂、稳定剂、增稠剂

允许使用范围及限量



食品分类号

食品名称

最大使用量/(g/kg)

备注

01.04

炼乳及其调制产品

按生产需要适量使用

淡炼乳(原味),调制炼乳

02.03

02.02类以外的脂肪乳化制品,包括混合的和(或)调味的脂肪乳化制品(仅限植脂奶油)

按生产需要适量使用

仅限植物奶油

03.0

冷冻饮品(03.04食用冰除外)

按生产需要适量使用

03.04食用冰块除外

04.01.02.05

果酱

按生产需要适量使用

04.02.02.03

腌渍的蔬菜

按生产需要适量使用

04.05.02.01

熟制坚果与籽类(仅限油炸坚果与籽类)

按生产需要适量使用

仅限油炸坚果与籽类

05.01.02

巧克力和巧克力制品,除外05.01.01以外的可可制品

按生产需要适量使用

05.02

糖果

按生产需要适量使用

06.03.02.01

生湿面制品(如面条、饺子皮、馄饨皮、烧麦皮)

30.0

07.01

面包

按生产需要适量使用

07.02

糕点

按生产需要适量使用

月饼除外

07.03

饼干

按生产需要适量使用

07.04

焙烤食品馅料及表面用挂浆(仅限焙烤食品馅料)

按生产需要适量使用

仅限焙烤食品馅料

09.02.03

冷冻鱼糜制品(包括鱼丸等)

0.5

仅当水分保持剂使用时,其最大使用量调整为20g/kg

12.0

调味品

按生产需要适量使用

14.0

饮料类(14.01包装饮用水除外)

按生产需要适量使用

14.01包装饮用水除外。固体饮料按稀释倍数增加使用量

16.06

膨化食品

按生产需要适量使用

16.07

其他(豆制品工艺)

按生产需要适量使用

仅限豆制品工艺

16.07

其他(制糖工艺)

按生产需要适量使用

仅限制糖工艺

16.07

其他(酿造工艺)

按生产需要适量使用

仅限酿造工艺

09.04.01

熟干水产品

按生产需要适量使用

仅限使用山梨糖醇

09.04.02

经烹调或油炸的水产品

按生产需要适量使用

仅限使用山梨糖醇

09.04.03

熏、烤水产品

按生产需要适量使用

仅限使用山梨糖醇


它是在日本最早允许作为食品添加剂使用的糖醇之一,用于提高食品保湿性,或作为稠化剂之用。可作甜味剂,如常用于制造无糖口香糖。也用作化妆品及牙膏的保湿剂、赋形剂,并可用作甘油代用品。

2.1功能

2.2.1甜味剂

山梨醇是一种只含羟基官能团的碳水化合物,具有低热甜味剂的性质。2000年6月国际粮农和卫生组织食品法典委员会确认山梨醇、木糖醇、麦芽糖醇、乳糖醇、甘露醇等可作为食品添加剂加到食品中,制作无糖甜食品。在欧美发达国家中,以山梨醇等替代食糖生产糖果、点心等各类食品已十分普遍,发展趋势非常明显,其中最突出的是口香糖。在日本,各种食品和糖果都广泛使用山梨醇为甜味剂[3]。

2.1.2膨松剂

具有多羟基结构的山梨糖醇还具有降低水分活度,控制结晶、改善或保持柔软度的性质[],故在食品工业中经常将山梨糖醇作为一种膨松剂使用。在糖果制造中使用山梨糖醇可抑制蔗糖结晶,加上山梨糖醇本身具有的保湿性,可赋予糖果柔软的质感。在冰制品和冰激凌中可降低冰点,使产品柔软,易于勺食,且同样可抑制产品中糖类重新结晶[5]。

2.1.3乳化剂

山梨糖醇含有6个羟基,可与许多有机酸发生酯化作用。山梨糖醇脱水与脂肪酸合成的山梨醇脂肪酸酯统称为司盘类表面活性剂,是优良的食品乳化剂[6],可改善缩短乳化进程。在面包生产过程中可防止面包中淀粉凝沉,改善面团的加工性能;生产的糕点外观美,食用性好。还可以广泛应用于冰淇淋以及豆奶生产中。山梨糖醇制取脱水山梨醇酐,再与棕榈酸单酯化制得的司盘40,可用作印刷油墨及多种油品的乳化剂。其中,作为食品添加剂,山梨醇酐硬脂酸酯(司盘60)、山梨醇酐单棕榈酸酯(司盘65)、山梨醇酐单油酸酯(司盘80)均已经列入食品添加剂使用卫生标准中,可应用于椰子汁、果汁、牛乳、奶糖、冰淇淋、面包、糕点、麦乳精、人造奶油和巧克力等食品中[5]。

2.1.4水分保持剂

山梨醇的多羟基结构使其具有与水结合的性质,并具有控制食品黏度和质构、保持湿度、改善脱水食品的复水性质等作用。山梨醇的良好吸湿性,使其在潮湿的环境下会吸收一些水分,当湿度降低时,山梨醇则释放一些水分,进而建立一种湿度平衡[7],能够防止食品干裂,使食品柔软,保持新鲜度,延长有效期,防止变质。因此,山梨糖醇经常作为保湿剂应用于焙烤食品中。在饼干蛋糕和酥皮糕点中加入适量的山梨糖醇,可防止产品干裂,且有助于产品的外观。但山梨糖醇不适宜用于脆酥食品中。此外,山梨糖醇与其他糖类共存时会出现吸湿性增加的现象,使用时需特别注意[5]。

2.1.5稳定剂

山梨糖醇不含有醛基,不易被氧化,加热时不与氨基酸产生美拉德反应。有一定的生理活性,能防止类胡萝卜素和食用脂肪及蛋白质的变性。在浓缩牛乳中加入山梨糖醇可延长保存期,对鱼肉酱、果酱蜜饯也有明显地稳定和长期保存的作用,山梨糖醇属于不挥发性多元醇在保持食品香气方面有较好的作用。粉末和液体形式的山梨糖醇均可保持香气和滋味,因而可作咖啡、茶、巧克力饮料和加香饮料等产品的稳定性的无糖载体[8]。山梨糖醇还能螯合金属离子,用于饮料和葡萄糖酒,可以防止金属离子引起的浑浊[9]。

近年开发成功的中成药产品,如双黄连口服液、双黄连粉针和安宫牛黄丸、清开灵输液等,既保持了中药的综合药效,又具有西药使用方便的特点,添加少量山梨糖醇,可起到稳定药效和防止沉淀的作用。

2.1.6增稠剂

可用于酒类、清凉饮料的增稠。

2.1.7其他作用

①山梨糖醇与甘露醇都是具有扩张细胞外液容积作用的高渗脱水利尿药。中国药典规定[10],临床用甘露醇输液为20%的过饱和溶液。温度较低时,甘露醇易结晶析出 (见表2[11] )。

表2甘露醇在水中溶解度与温度的关系



温度 /℃ 010203040

D-甘露醇10.413.718.625.234.6

/g· ( 100 g H2O) - 1


可见甘露醇输液20℃以下易结晶析出,而我国大部分地区冬季室温低于20℃,用药前需预热使之溶解,不仅给临床用药尤其是急救用药造成困难,也易引起患者的猜疑,造成医患之间的矛盾。在甘露醇输液生产中加适量山梨醇,配成复方甘露醇输液,即可防止甘露醇结晶析出,且疗效相同[12]。

②冷冻保护剂:美国批准的 Neupogen(人粒细胞集落刺激因子)的新剂型,即是在其制剂中用山梨糖醇代替甘露醇作为保护剂,可使 Neupogen在冷冻环境时,仍能保持其生物活性[13]。目前甘露醇的价格是山梨糖醇的3~5倍(最高时达 10倍),用山梨糖醇代替甘露醇能达到同样效果,既可降低成本,而且原料来源更广。随着基因工程的高速发展,大量的基因因子需要保护,山梨糖醇在这方面的应用将更为广阔。

2.2山梨糖醇的价值

2.2.1山梨糖醇的直接药用价值

山梨糖醇具有利尿、脱水的特性,能降低颅内压,防止水肿,可作为药物直接使用,用于脑水肿、青光眼;也用于心肾功能正常的水肿少尿;口服可作缓泻剂或糖尿病患者的蔗糖代用品。

临床制剂有山梨醇注射液、山梨醇铁注射液、复方氨基酸注射液等。

山梨醇在复方氨基酸中所起的作用主要有: ①可提高氨基酸的利用率;②平衡注射液中碳氮之比;③可避免葡萄糖灭菌时引起糖中醛基与氨基酸中的氨基发生美拉德反应而产生焦色素,并且也不易产生热原;④使伤口、创面部位尽量保持干燥,加快愈合,避免感染等。

2.2.2山梨糖醇可作为药用辅料

山梨糖醇能与多种辅助形剂配伍 (与氧化剂禁配 ),广泛用于药物的固体分散剂、填充剂、湿润剂、稀释剂、胶囊的增塑剂、甜味剂、矫味剂、软膏的基质等作辅料。其不同用途的用量见表3[14]。

表3山梨醇在药用辅料中不同用途和用量



用途

代替甘油和丙二醇

润滑剂

口服和外用溶液的赋形剂

防止糖浆和酏剂结顶

无糖甜昧剂

增稠剂

片剂粘结度和水份控制剂

明胶和纤维膜增塑剂

供注射用稀释剂

DSS、四环素、抗坏血酸、复合维生素 B、维生素和铁盐的赋形

浓度/%

25~90

3~15

25~90

15~30

25~90

25~90

3~10

5~20

10~25以下

25~90


2.2.3山梨糖醇的其他用途

①制备维生素C

山梨糖醇可用于生产维生素C的原料,其经发酵和化学合成可制得维生素C。制药行业,VC合成消耗山梨醇的量最大,占全世界山梨糖醇总消耗量的16% (我国高达50% )。

以传统山梨糖醇制备维生素C的工艺过程(二步发酵法)如下:



②其他

合成树脂和塑料,分离分析低沸点类含氧化合物等。也用作气相色谱固定液、稠化剂、硬化剂、杀虫剂等。

用作气相色谱固定液,用于低沸点含氧化合物、胺类化合物、氮或氧杂环化合物的分离分析。还用于有机合成。

利用山梨醇所具有的保湿性能,用作牙膏、化妆品、烟草的调湿剂。是甘油的代用品,保湿性较甘油缓和,口味也较好。可以和其他保湿剂并用,以求得协同的效果。也用于医药工业作为制造维生素C的原料。

也可用于工业表面活性剂的原料,用它生产斯盘和吐温类的表面活性剂。

以山梨糖醇和环氧丙烷为原料,可以生产具有一定阻燃性能的聚氨酯硬质泡沫塑料。

在医药工业中,山梨醇经过硝化生成的失水山梨醇酯是治疗冠心病的药物。

第三章来源和合成



3.1 自然来源

山梨糖醇广泛分布于自然界植物果实中,在梨、桃、苹果中广泛分布,含量约为1%~2%,1872年法国化学家Joseph Boussingault首先从山梨树果汁中分离而得[15]。常温下有液体和固体2种状态:液体山梨醇为50%~70%的水溶液,无色、无臭、味甜,pH值为6~7,10%水溶液的旋光度[a] 20d为-1.98°;固体山梨醇为白色针状、片状、粒状结晶粉末,极易溶于水,味道清凉爽口,甜度约为蔗糖的60%[15]。

3.2人工合成

山梨糖醇的产品规格主要有50%山梨醇液、70%山梨醇液和结晶山梨醇等[3]。山梨糖醇的生产包括氢化法、电化学法和发酵法。

3.2.1催化加氢法

氢化法是目前最常用的生产方法。

催化加氢法所用原料主要是葡萄糖,少数工艺以淀粉、蔗糖、纤维素等为原料。以淀粉、蔗糖等生产山梨糖醇。

步骤:①通过酶法或酸法将其转化成葡萄糖,②再催化加氢制备山梨糖醇[16]。

1942年,日本首次采用葡萄糖催化加氢法生产山梨醇;其后,德国罗莱班公司采用固定床反应器催化加氢生产山梨醇[17-18]。目前,国内外普遍采用葡萄糖催化加氢法工业化生产山梨醇。

生产装置:①间歇式,②连续式。

工业上目前较多采用高压柱形反应器的连续式氢化新技术。将葡萄糖溶液通过高压泵连续注入装有固体块状催化剂的柱式反应器中,反应一段时间后排出即为山梨糖醇。催化器在反应器中处于静状态,没有搅拌和冲击的影响,而葡萄糖溶液和氢气连续不断的通过催化剂的表面,使氢化反应均匀完全。连续氢化所得的山梨糖醇溶液经过离子交换树脂精制通过升膜式或降膜式蒸发器脱水浓缩即可得液体山梨糖醇成品,进一步结晶即为结晶状山梨糖醇。

催化剂是该技术的关键因素[19],传统工艺多使用Ni基催化剂。

3.2.2山梨糖醇的电化学法生产技术[20]

电化学法制备山梨糖醇,是通过电解法在阴极上将葡萄糖或果糖还原为山梨糖醇。

与催化加氢法相比,电化学法具有工艺流程短、安全性高、产物易分离提纯、生产过程中废物排放少等优点。但由于转化率低(约70%),且每次电解只能在一个电极上合成一种产品,导致成本较高,因此电化学法生产山梨糖醇至今仍未实现工业化。

直到20世纪80年代中叶,Park和Pintauro等提出了成对电氧化和还原工艺,即在同一个电解槽内同时合成葡萄糖酸盐和山梨糖醇,使得电化学法制备山梨糖醇的技术有了巨大的进步。

成对电氧化和还原工艺以葡萄糖为原料,以NaBr为催化剂,加入辅助电解质Na2SO4,在50℃~60℃进行成对电化学反应。

溴离子首先在阳极表面上失去电子生成溴分子,继而与葡萄糖作用,生成葡萄糖酸内酯中间体,在水溶液中与葡萄糖酸存在平衡,由于溶液中还有Na盐或Ca盐,则进一步生成葡萄糖酸盐,以避免葡萄糖酸内酯在阴极被还原。葡萄糖在阴极表面上获得2个电子被还原成山梨糖醇。因为山梨醇和甘露醇是同分异构体,所以有小部分的葡萄糖还原会成为甘露醇。

3.2.3山梨糖醇的发酵法生产技术[20-21]

长期以来山梨糖醇的生产都只有氢化法,直到1984年有报道利用一种生成乙醇的微生物Zymomonasmobilis可将果糖和葡萄糖的混合物转化为乙醇,且山梨糖醇的生成是与葡萄糖脱氢形成葡萄糖内酯的反应同时进行。

Zymomonasmobilis最初是从发酵龙舌兰、棕榈和蔗糖等植物汁中分离得到的,经过生物转化来生产山梨糖醇和葡萄糖酸。用渗透性试剂(如甲醇或洗涤剂等)浓缩Zymomonasmobilis细胞处理后,葡萄糖酸和山梨醇产率分别为94%~95%和98%~99%。但这种生产方法操作麻烦,成本也高,目前仅限于实验室研究。

3.2.4其他合成方法

(1):将配制好的53%葡萄糖水溶液加入高压釜,加入葡萄糖重量0.1%的镍催化剂。经置换空气后,在约3.5MPa、150℃、pH8.2-8.4条件下加氢,终点控制残糖在0.5%以下。沉淀5min后,将所得山梨糖醇溶液通过离子交换树脂精制即得。

原料消耗定额:盐酸19kg/t、液碱36kg/t、固碱6kg/t、铝镍合金粉3kg/t、口服糖518kg/t、活性炭4kg/t。

(2):采用淀粉糖化所得精制葡萄糖,中压连续或间歇加氢制得。

(3):将53%的葡萄糖水溶液(事先用碱液调pH=8.2~8.4)和葡萄糖质量0.1%的镍铝催化剂加入高压釜,排尽空气后进行反应,控制温度150℃,压力3.5MPa:

当葡萄糖含量达0.5%以下,反应即达终点。静置沉淀、过滤。滤液用强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂001×7及强碱性系铵Ⅰ型阴离子交换树脂201×7进行精制,去除镍、铁等杂质,即得成品D-山犁醇。

第四章对人体的影响



4.1 利尿作用

山梨糖醇在人体内小部分被转变成糖原,大部分不被代谢,以原形经肾小管排出。山梨糖醇静滴后,可使血浆渗透压增高、组织脱水,经肾小球滤过,几乎不被肾小管重吸收,从而起到利尿作用。

4.2防止龋齿

由于蔗糖能被口腔中的微生物利用,易引起龋齿,多吃不利牙齿健康。而山梨糖醇在口腔中不被龋齿的链球菌所利用,并能使口腔中的pH值略微上升,是一种防龋齿的甜味剂。

4.3代替蔗糖,适用于一些特殊人群

由于蔗糖能直接引起血糖浓度的变化,高血压、高血脂、糖尿病患者和肥胖症患者等对蔗糖敏感的人群不适用。

而在哺乳动物及人体系统中,山梨糖醇通过山梨醇脱氢酶氧化成果糖,然后进入果糖-1-磷酸酯途径代谢,代谢与机体内的胰岛素无关,不受胰岛素的控制,最终代谢物为二氧化碳和水,在血液中不转化为葡萄糖,对血糖值和尿糖没有影响。因而使用山梨糖醇代替蔗糖,对糖尿病患者山梨醇比蔗糖更易忍受。所以可避免糖尿病、肥胖症、肝病、胆囊炎等患者的不适。

Wheeler等研究了2种氢化淀粉水解物14:8:78和7:60:33(山梨糖醇:麦芽糖醇:其他更高聚合度的低聚糖醇)与葡萄糖相比,对无糖尿病者、非胰岛素依赖型糖尿病患者及胰岛素依赖型糖尿病患者血糖的影响,结果表明,对于所有的试验组,因摄入氢化淀粉水解物而增加的胰岛素量显著低于葡萄糖,氢化淀粉水解物引起的总血糖反应也都显著低于葡萄糖。这除了氢化淀粉水解物中葡萄糖含量较低的原因外,还可能由于山梨糖醇对葡萄糖吸收有抑制作用[22-23]。

4.4其他

此外,山梨糖醇还可刺激胰腺分泌胰脂肪酶等,促进胰岛素释放,使肝胆汁分泌增加,山梨糖醇不被胃酶分解,在肠中滞留时间比葡萄糖长,有润肠作用[24]。但是人体肠道可能吸收的山梨醇量不多于10g~20g,如摄入量过多,会引起渗透性腹泻[20]。

第五章违规事件



5.1 EBay停售

在线拍卖公司EBay Inc(EBAY)2012年3月22日宣布,在意大利周末发生患者服用网购有毒山梨糖醇致死事件后,已在全球范围阻止在其网站上出售这种产品。而此前,国内也曾爆出味千就包装面过量使用添加剂的报道,当时味千回应称,2010年1月内地机构宣布在面制品允许添加山梨糖醇[25]。

5.2雀巢添加剂

2013年1月份的《进境不合格食品、化妆品信息》显示,雀巢一批巧克力棒因违规使用化学物质山梨糖醇而被销毁。

2013年3月上海出入境检验检疫局销毁了2.7吨雀巢巧克力棒。被销毁的雀巢巧克力棒含有过高的山梨糖醇,这是一种甜味剂,过量使用可能导致肠道问题。上海出入境检验检疫局宣传部工作人员表示,上海出入境检验检疫局确销毁过一批雀巢巧克力棒,但外媒报道的时间不对。该工作人员称,在国家质量监督检验检疫总局的官方网站公布了这一信息。“外媒的报道也是从总局网站上摘抄的,但不知为什么他们把时间说成了本周。”

经调查得知,被检出问题的雀巢产品具体是“雀巢奇巧榛子味牛奶巧克力脆谷棒”这款产品,产地意大利,不合格原因是违规使用化学物质山梨糖醇。信息显示,上海出入境检验检疫局总共查获2.7吨雀巢巧克力棒,已采取销毁方式处理。

在日本山梨糖醇作为食品甜味剂,使用范围和限量如下:清凉饮料为百分之一到三,蛋白在百分之三左右,巧克力为百分之四左右。

山梨糖醇的最大使用量是40g/kg,但一般都不会达到那么高的值,所以一般情况就是分为可用和不可用,“违规使用”应该就是不可用。

那么既然按照《食品添加剂使用标准》的规定,山梨糖醇可以用于巧克力和巧克力制品,而巧克力棒属于糕点,因而推测可能是进口申报的时候报的不是糕点,而导致与我国质量标准不符[26]。

第六章发展前景



我国山梨糖醇产业发展迅猛,20世纪90年代,产能约为30 kt/a,2005年约为550 kt;2013年达到1200 kt[27];2015年年末,全国总产能突破3000 kt。我国山梨糖醇产能大幅跃升,成为山梨醇出口大国[28]。 近年来,国内产能超过100 kt/a的山梨糖醇生产厂家主要有:长春大成实业集团有限公司(350 kt/a)、山东天力药业有限公司(400 kt/a)、茌平县同创生物技术有限公司(200 kt/a)、利达(柳州)化工有限公司(160 kt/a)、山东青援食品有限公司(140 kt/a)、罗盖特(中国)精细化工有限公司(120 kt/a)、秦皇岛骊华淀粉股份有限公司(100 kt/a)、诸城兴贸玉米开发有限公司(100 kt/a)、山东鲁维制药有限公司(100 kt/a)、山东鲁洲集团(100 kt/a)等[27]。

随着山梨醇产能的激增,其下游产业的需求量趋于饱和,因此,对山梨醇的下游应用及提高产品附加值提出了更高的要求[29]。

6.1前景期望

山梨糖醇具有优良的性能,低廉的价格,是全球消费量最大的糖醇,约占糖醇总消费量的1/3。山梨糖醇近年已成为世界食品工业界的新宠,随着经济技术在我国快速发展,山梨醇行业将呈快速上升趋势,其市场前景也将是一片光明。

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