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生物科技行业生物工业下游技术复习题 生物工业下游技术复习题 1 什么是下游技术？ 对于由生物界自然产生的或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培育的、酶反应等各种生物工业过程获得的生物原料，经提取分别、加工且精制目的成分，最终使其成为产品的技术 生物工业下游技术的工作领域是什么？ 物质分别、产品再加工 生物工业下游技术的原料特征是什么？ 1、粗料发酵，质、悬浮物多。 2、分子量及分子结构差异大。 3、易受各种分别操作的影响。 4、原料和发酵操作不稳定，各批次间成分改变大 生物制品分别过程能够划分成那几个阶段？各阶段的任务是什么？. 1、预处理和固液分别除去发酵液中的不溶性固形物杂质和菌体细胞 2、提取除去和产物性质差异较大的杂质，为后到精制工序创建有利条件 3、精制除去和产物物理化学性质比较接近的杂质 4、成品制备获得产品 生物制品分别过程的确定应留意哪些问题？ 1、目的物是胞内物质仍是胞外物质 2、原料中产物和主要杂质浓度 3、产物和主要杂质的物理化学特性差异 4、产品的用途和质量标准 5、产品的市场价格 6、废物的处理方法 2 平衡分别过程：建立在相平衡关系上的。利用相的组成差别进行混合物体系的分别。 拟平衡分别过程：混合物体系之外加壹个势能场，在它的作用下，形成分别场。使被分别物在分别场的端面上浓缩，或者在分别场内形成壹个稳定的浓度分布。 传递通量：流体在分别场内的传递现象可用经典流体力学中动量传递、热量传递和质量传递规律和作用于分别场的外加势能场来描述。 特异性结合：分子识别是指提取介质和目的物的关系就象钥匙和锁孔的关系。分别的精确度和精确度都大大提高，这对于低浓度、高附加值的目的物分别意义特殊重要。 在下游过程中，如何利用化学过程？ 生成难溶盐或沉淀物的反应 生成络合物或螯合某些金属离子的反应等 在医药、食品、化工等行业具有广泛市场的山梨醇和木糖醇能够通过葡萄糖和木糖经金属镍催化加氢工艺获得。 在某些发酵产品或自然物质中，利用有机化学反应生成有特别用途或更有价值的衍生物等方面的探讨也较活跃。 在下游过程中，生物学过程是指什么？如何利用？ 生物学分别过程的主要特征是生物高分子的特异性相互作用。主要以蛋白质为代表的生物高分子，能分辩特定的物质，再和其可逆性结合 1、离子间的相互作用主要因氨基酸侧链的电荷引起的静电作用 2、氢键结合在配体含有O或N原子的场合下，能和结合部位之间形成氢键。因是原子间的相互作用，结合部位和配体间的位置关系很重要。 3、疏水性相互作用配体上有烃链或芳香环之类的非极性基团，结合部位侧面也有同样的非极性部分时，存在疏水性相互作用。 4、对金属原子配位因结合部位的壹部分和配体之壹部在同壹金属原子上配位，间接结合的现象。 5、弱共价键结合虽然强共价键结合的状况下，不会有可逆性的相互作用。但如醛基和羟基间形成的半缩醛形式的弱共价键的结合，存在可逆性的作用。 3 凝合：在电解质的作用下，破坏胶体的稳定性。 絮凝：在高分子絮凝剂的作用下，胶体形成大的分子絮团。 助滤剂：是不行压缩的多孔微粒。运用助滤剂的目的是疏松滤饼，提高滤饼的抗压缩性能，提高过滤速度。 离心分别：利用转鼓高速转动所产生的离心力，来实现悬浮液、乳浊液分别或浓缩 过滤分别：悬浮液通过过滤介质时，固态颗粒和溶液的分别 澄清过滤：过滤介质为硅藻土等，过滤前，现有过滤介质形成滤层，再进行过滤。 饼层过滤 切向流过滤:悬浮液流淌方向和过滤面平行，使悬浮液在过滤介质表面作切向流淌，利用流淌的剪切作用将过滤介质的固体移走 为什么要进行发酵液的预处理？ 预处理的目的是为提取和精制等后继工序的顺当进行创建条件。 通过预处理能够改善发酵液的流体性能，降低滤饼比阻，提高过滤和分别速率。 发酵液预处理的方法有那些？各有什么优缺点？ 降低液体粘度 优：能降低液体的粘度缺：增加悬浮液的体积，加大后继过程的处理任务 调整pH值 优：可改善发酵液中某些物质的过滤特性，有利于过滤的进行 凝合和絮凝 优：有效变更细胞、细胞碎片及溶解大分子物质的分散状态，使其聚结成较大的颗粒，便于提高过滤速率，仍能有效地除去杂蛋白质和固体杂质，提高滤液质量 缺:絮凝剂存在壹定的毒性 加入反应剂 优：可消退发酵液中某些杂质对过滤的影响，从而提高过滤速率 加入助滤剂 优：使滤饼疏松，滤速增加缺：须要考虑多方面的影响因素 比较离心分别和过滤分别的异同点？ 异 离心分别：利用转鼓高速转动所产生的离心力，来实现悬浮液、乳浊液分别或浓缩 过滤分别：悬浮液通过过滤介质时，固态颗粒和溶液的分别 同 过滤式离心，转鼓上开有小孔，有过滤介质，在离心力的作用下，液体穿过过滤介质经小孔流出而得以固液分别。 4 包含体：蛋白经常交联在壹起，形成不溶性聚集物 机械破裂：就是利用机械破坏细胞壁网状结构的共价键 破裂率：破裂的程度/单位细胞释放出的内含物 细胞破裂的方法有哪些？各有什么优缺点？ 分类 适应性 机 械 法 珠磨法 可达较高破裂率，可较大规模操作，大分子目的产物易失活，浆液分别困难 高压匀浆法 可达较高破裂率，可大规模操作，不适合丝状菌和革兰氏阳性菌 超声破裂法 对酵母菌效果较差，破裂过程升温猛烈，不适合大规模操作 Xpress法 破裂率高，活性保留率高，对冷冻敏感目的产物不适应 非 机 械 法 酶溶法 具有高度专壹性，条件温柔，浆液易分别，溶酶价格高，通用性差 化学渗透法 具壹定选择性，浆液易分别，但释放率较低，通用性差 渗透压法 破裂率较低，常和其他方法结合运用 冻结溶化法 破裂率较低，不适合对冷冻敏感的目的产物 干燥法 条件改变猛烈，易引起大分子物质失活 破裂率限制的原则是什么？ 破裂动力学方程 破裂率壹般限制在80%左右，过高的破裂率有以下缺点：1）能耗高、产热高，冷却困难。2）大分子目的物失活增加。3）碎片小，分别困难。 5 萃取：指随意俩相之间的传质过程 比较多级逆流萃取和多级错流萃取 多级逆流萃取：料液走向和萃取剂走向相反，只在最终壹级中加入萃取剂，故和错流萃取相比，萃取剂消耗少，萃取液产物平均浓度高，产物收率最高。 多级错流萃取：每级均加簇新溶剂，故溶剂消耗量大，得到的萃取液产物平均浓度较稀，但萃取较完全。 微分萃取：是在壹个器萃取器内，分散的和连续的俩相逆向流淌，完成物质交换。 浸取：用某种溶剂把有用物质从固体原料中提取到溶液中的过程 带剂：是指这样壹种物质，它们能和产物形成复合物，使产物更易溶于有机溶剂相中，提高安排系数K，该复合物在壹定条件下又要简单分解。 安排定律：在壹定温度壹定压力的条件下，溶质安排在俩个互不相溶的溶剂中，达到平衡时溶质在俩相中的活度之比为常数，这个现象即为安排定律，比例常数为安排系数 分别因子：在含有俩个及俩个之上的溶质时，用来表示萃取剂对溶质A和B分别实力的大小的因数 相像相溶：分子结构相像、相互作用力相像的俩种物质能相互溶解 画出单级萃取设备流程，且说明。 料液F和萃取剂S壹起加入混合器内搅拌混合萃取，达到平衡后的溶液送到分别器内分别得到萃取相L和萃余相R，萃取相送至回收器，萃余相R为废液。在回收器内产物和溶剂分别，溶剂则可循环运用。 如何选用萃取剂，且说明理由 有很大的萃取容量，即单位体积的萃取溶剂能萃取大量的产物；有良好的选择性，志向状况是只萃取产物而不萃取杂质；和被萃取的液相互溶度要小，且粘度低、界面张力小或适中；溶剂的回收和再生简单；化学稳定性好，不易分解，对设备腐蚀性小；经济性好，价廉易得；平安性好，闪点高，对人体无毒性或毒性低。 6 临界点:物质在气液共存时的最高压力和最高温度 拖带剂：协助溶剂以增加物质的溶解度和萃取选择性 超临界流体为什么能够成为萃取剂，请分析说明？ 1）超临界流体对某些物质的溶解度随着超临界流体密度的改变而改变。 2）在临界点旁边，超临界流体的温度或压力的微小改变会引起密度的很大改变，使得超临界流体的溶解度发生很大改变 3）超临界流体近气体的性质，使得超临界流体的传质速率大于一般溶剂。 4）超临界流体接近液体的性质，使得超临界流体具有接近一般溶剂的溶解实力。 为何选用CO2为超临界萃取剂？ 超临界CO2具有典型的超临界流体的特性，且具有以下优点： 1）无毒，无腐蚀性，不行燃烧，纯度高且价格低。 2）有优良的传质性能，扩散系数大，粘度低 3）和其它用作超临界流体的溶剂相比，CO2具有相对较低的临界压力和临界温度，适合于处理某些热敏性生物制品和自然物产品。 7 什么是双水相萃取？双水相萃取的优点是什么？ 双水相萃取是利用物质在互不相溶的俩水相间安排系数的差异来进行萃取的方法。 易于放大双水相系统之间的传质过程和平衡过程快速,因此能耗较小,能够实现快速分别。易于进行连续化操作 双水相萃取的典型流程是什么？双水相有哪些应用？ 双水相萃取的工艺流程壹般包括三部分： 目的物的萃取PEG的循环无机盐的循环 1、双水相萃取细胞、细胞器和膜 2、双水相萃取技术在分别中应用 3、从破裂的细胞中萃取分别酶 4、双水相提取酶蛋白 9 对称膜：又称均质膜，是指备向均质的致密或多孔膜，物质在膜中各处的渗透率是相同的。 不对称膜：是由很薄的较致密的起分别作用的表层(0.1lm)和起机械支撑作用的多孔支撑层(101200m)构成 复合膜：壹般是指在多孔的支撑膜上复合壹层很薄的致密的、有特种功能的另壹种材料的膜层。 浓差极化：当水透过膜且截留盐时，在膜表面会形成壹个流速特别低的边界层，边界层中的盐浓度比进水本体溶液盐浓度高，这种盐浓度在膜面增加的现象叫做浓差极化 膜污染：膜在运用中，尽管操作条件保持不变，但通量仍渐渐降低的现象 截留分子量：将表观脱除率为9095的溶质分子量定义为截留分子量。 膜分别技术的优缺点 优点：过程简洁，连续工作，费用较低，效率较高。往往没有相变，可在常温下操作，既节能又适合热敏性物料，易和其它技术结合，易放大。 缺点：存在浓差极化和膜污染，寿命有限，选择性较低，放大因子基本是线性。 膜性能如何表示？ 膜组件有哪些形式？各有什么特点？ 形式 优点 缺点 管式 易清洗，无死角，相宜于处理含固体较多的料液，单根管子能够调换 保留体积大，单位体积中所含过滤面积较小，压降大 中空纤维式 保留体积小，单位体积中所含过滤面积大，能够逆洗，操作压力较低，动力消耗较低 料液须要预处理，单根纤维损坏时，须要调换整个模件 螺旋卷绕式 单位体积中所含过滤面积大，换新膜简单 料液须要预处理，压降大，易污染，清洗困难 平板式 保留体积小，能量消耗界于管式和螺旋卷绕式之间 死体积较大 典型的膜分别工艺是什么？ 在过滤过程中料液通过泵的加压，料液以壹定流速沿着滤膜的表面流过，大于膜截留分子量的物质分子不透过膜流回料罐，小于膜截留分子量的物质或分子透过膜，形成透析液。故膜系统都有俩个出口，壹是回流液出口，另壹是透析液出口。在单位时间单位膜面积透析液流出的量称为膜通量，即过滤速度。影响膜通量的因素有：温度、压力、固含量、离子浓度、黏度等。 简洁介绍膜分别的应用。 微滤又称微孔过滤，它属于精密过滤，其基本原理是筛孔分别过程 超滤是介于微滤和纳滤之间的壹种膜过程，膜孔径在0.05um至1nm分子量之间。超滤是壹种能够将溶液进行净化、分别、浓缩的膜分别技术，超滤过程通常能够理解成和膜孔径大小相关的筛分过程。 纳滤是介于超滤和反渗透之间的壹种膜分别技术，其截留分子量在801010的范围内，孔径为几纳米，因此称纳滤。 反渗透是利用反渗透膜只能透过溶剂而截留离子物质或小分子物质的选择透过性，以膜俩侧静压为推动力，而实现的对液体混合物分别的膜过程 11 离子交换法：是应用合成的离子交换树脂作为吸着剂，将溶液中的物质，依靠库仑力吸附在树脂上，然后用合适的洗脱剂将吸附物从树脂上洗脱下来，达到分别、浓缩、提纯的目的。 吸附树脂：是具有较大表面积，具有多孔性，吸附实力强，但交换离子实力小或无。 选择性离子交换树脂：含有螯合实力基团，对某些离子具有特别选择力。因为它既有生成离子链又有形成配位键的实力。 电子交换树脂：是指能和四周活性物质进行电子交换，发生氧化仍原反应的壹类树脂。 吸附作用：是指壹种或多种物质分子附着在另壹种物质(壹般是固体)表面上的过程。吸附是界面现象是被吸附分子在界面上的浓聚。 汲取：当壹种或多种物质的分子从壹个相，大体匀称地进入(扩散)另壹个相的内部 实惠吸附：凡是低压(或低浓度)时，吸附等温线是凸的(对吸附量纵坐标方向) 简述离子交换的工作过程。 (1)树脂颗粒外部主流液体中，交换离子的对流扩散运动； (2)树脂颗粒四周滞流液膜中，交换离子的扩散运动； (3)树脂颗粒内部(包括微孔结构中)，交换离子进行的扩散运动； (4)交换离子在树脂的固定基团上，按化学计量关系进行交换反应； (5)被交换离子在树脂颗粒内部进行的扩散运动； (6)被交换离子穿过滞流液膜的扩散： (7)被交换离子在主流液体中的对流扩散运动。 生化用离子交换树脂的特点是什么？ 1、亲水性及生物相溶性 2、孔结构:孔径分布更为匀称 3、电荷密度适当 4、粒度：粒径小，壹般在2030um范围内 5、纯度达到所需目的比较离子交换、吸附俩种分别方法？ 离子交换法的优点：是树脂无毒性且可反复再生运用，少用或不用有机溶剂，因而具有设备简洁、操作便利、劳动条件较好。 离子交换法的缺点:是亦有生产周期长、壹次性投资大、产品质量有时稍差，在生产运行中，有些树脂较快破裂或衰退导致工艺效果下降。 离子交换设备的形式有哪些？工作流程有哪些？ 按结构类型分，有罐式、塔式和槽式； 按操作方式分，有间歇式、周期式和连续式； 按俩相接触方式分，有固定床、移动床和流化床。 流化床，有液流流化床、气流流化床和搅拌流化床。 固定床，有单床、多床、复床和混合床，正流操作型和反流操作型以及重力流淌型和加压流淌型。 1、树脂和料液预处理2、吸附过程3、洗脱过程4、漂洗和冲洗5、树脂再生 12 安排色谱：流淌相和固定相都是液体。利用混合物中各物质在俩液相中的安排系数不同而分别。 凝胶色谱：以凝胶为固定相，是壹种依据各物质分子大小不同而进行分别的色谱技术 层析剂：用于色谱分别技术中的固定相或分别介质的总称 置换绽开法：先将样品输入色谱柱，再用壹种和固定相作用力极强的置换剂作为流淌相，去替代结合在固定相表面的溶质分子。 前沿分析法：在色谱柱入口处每隔壹定时间连续压入大量浓度不断递增的待测样品，对每壹个浓度的样品，进样量要足够大，以保证其洗脱曲线中和进样浓度呈线性关系出现浓度平台。 分析说明色谱技术的优势和弱点 优：1、分别效率高2、应用范围广3、选择性强 4、高灵敏度的在线检测5、快速分别6、过程自动化操作 简述色谱技术中的洗脱绽开法 先将样品输入色谱柱，随即加入壹种不和固定相发生作用的溶剂或几种溶剂的混合物作为流淌相冲洗。在洗脱过程中，各组分因和固定相的作用力不同而分别，且随溶剂向下移动，最终有依次地全部流精彩谱柱。 简述色谱装置的组成和操作要点 1、自动记录仪2、色谱柱3、洗脱剂加入装置4、进样器5、检测器 14 成核现象：溶质在溶液中生成晶核 临界粒度：颗粒成为稳定的晶核最小的粒度 简述结晶过程，工业上应如何限制结晶过程的成核速率。 首先是产生晶核； 晶核在良好的环境中长大。 维持稳定的过饱和度，防止结晶器在局部范围内产生过饱和度的波动； 限制晶体的生长速率，即不以盲目提高过饱和度的方法，达到提高产量的目的； 尽可能减低晶体的机械碰撞能量及几率，长桨叶、慢搅拌是常用的方法； 对溶液进行加热，过滤等预处理，以消退溶液中可能成为晶核的微粒； 使符合要求的晶粒得以刚好排出，而不使其在器内接着参和循环； 将含有过量细晶的母液取出后加热或稀释，使细晶溶解，然后送回结晶器； 调整原料溶液的pH值或加入某些具有选择性的添加剂以变更成核速率 连续结晶壹般要采纳哪些技术，为什么？ 在连续结晶的操作中要采纳 细晶消退技术：连续结晶操作中，提高晶体平均粒度，限制粒度分布，提高结晶收率的必不行少的手段 粒度分级排料技术清：将结晶器中流出的产品先流过壹个分级排料器，然后排出系统 母液溢流技术：调整结晶器内晶浆密度的主要手段，增加清母液溢流量无疑地可有效地提高器内晶浆的密度。从另壹角度见，清母液溢流的主要作用在于液相及固相在结晶器中具有不同的停留时间 这些技术的运用使结晶设备成为所谓的困难构型结晶器。 感谢阅读 1、 1、鸣筝金粟柱，素手玉房前。 TIME yy.M.d 20.6.29 DATE M.d.yyyy 6.29.2022 DATE HH:mm 12:46 DATE HH:mm:ss 12:46:27 DATE MMM-yy Jun-20 DATE HH:mm 12:46 2、宫中明丽的花儿在孤独寥落中开放。 TIME EEEE年O月A日 二二年六月二十九日 TIME yyyy年M月d日星期W 2022年6月29日星期一 3、幸存的几个满头白发的宫女。 DATE HH:mm 12:46 DATE M.d.yyyy 6.29.2022 DATE HH:mm 12:46 DATE M.d.yyyy 6.29.2022 DATE HH:mm 12:46 DATE HH:mm:ss 12:46:27 DATE M.d.yyyy 6.29.2022 DATE HH:mm 12:46 DATE M.d.yyyy 6.29.2022 4、闲坐无事只能谈论着玄宗轶事。 DATE M.d.yyyy 6.29.2022 DATE M.d.yyyy 6.29.2022 DATE HH:mm 12:46 DATE HH:mm 12:46 DATE HH:mm:ss 12:46:27 DATE HH:mm:ss 12:46:27 5、皇帝在京城之外的宫殿。 DATE MMMM yy June 20 DATE dddd, MMMM d, yyyy Monday, June 29, 2022 DATE M/d/yyyy 6/29/2022 6、这里指当时东都洛阳的皇帝行宫上阳宫。 TIME h时m分 12时46分 TIME h时m分 12时46分 DATE d-MMM-yy 29-Jun-20 DATE M.d.yyyy 6.29.2022 7、行宫里的花。 TIME yy.M.d 20.6.29 TIME yy.M.d 20.6.29 TIME yy.M.d 20.6.29。 TIME yyyy年M月d日星期W 2022年6月29日星期一 TIME EEEE年O月A日 二二年六月二十九日 8、一些宫女天宝末年被“潜配”到上阳宫。 DATE HH:mm 12:46 DATE HH:mm:ss 12:46:27 DATE M.d.yyyy 6.29.2022 DATE dddd, MMMM d, yyyy Monday, June 29, 2022 1、在这冷宫里一闭四十多年。 TIME yy.M.d 20.6.29 DATE M.d.yyyy 6.29.2022 DATE HH:mm 12:46 DATE HH:mm:ss 12:46:27 DATE MMM-yy Jun-20 DATE HH:mm 12:46 2、成了白发宫人。 TIME EEEE年O月A日 二二年六月二十九日 TIME yyyy年M月d日星期W 2022年6月29日星期一 3、白日依山尽。 DATE HH:mm 12:46 DATE M.d.yyyy 6.29.2022 DATE HH:mm 12:46 DATE M.d.yyyy 6.29.2022 DATE HH:mm 12:46 DATE HH:mm:ss 12:46:27 DATE M.d.yyyy 6.29.2022 DATE HH:mm 12:46 DATE M.d.yyyy 6.29.2022 4、黄河入海流。 DATE M.d.yyyy 6.29.2022 DATE M.d.yyyy 6.29.2022 DATE HH:mm 12:46 DATE HH:mm 12:46 DATE HH:mm:ss 12:46:27 DATE HH:mm:ss 12:46:27 5、欲穷千里目。 DATE MMMM yy June 20 DATE dddd, MMMM d, yyyy Monday, June 29, 2022 DATE M/d/yyyy 6/29/2022 6、夕阳依傍着山峦渐渐沉落。 TIME h时m分 12时46分 TIME h时m分 12时46分 DATE d-MMM-yy 29-Jun-20 DATE M.d.yyyy 6.29.2022 7、滔滔黄河朝着大海汹涌奔流。 TIME yy.M.d 20.6.29 TIME yy.M.d 20.6.29 TIME yy.M.d 20.6.29。 TIME yyyy年M月d日星期W 2022年6月29日星期一 TIME EEEE年O月A日 二二年六月二十九日 8、想要看到千里之外的风光。 DATE HH:mm 12:46 DATE HH:mm:ss 12:46:27 DATE M.d.yyyy 6.29.2022 DATE dddd, MMMM d, yyyy Monday, June 29, 2022 1、那就要再登上更高的一层城楼。 TIME yy.M.d 20.6.29 DATE M.d.yyyy 6.29.2022 DATE HH:mm 12:46 DATE HH:mm:ss 12:46:27 DATE MMM-yy Jun-20 DATE HH:mm 12:46 2、旧址在山西永济县。 TIME EEEE年O月A日 二二年六月二十九日 TIME yyyy年M月d日星期W 2022年6月29日星期一 3、楼高三层，前对中条山。 DATE HH:mm 12:46 DATE M.d.yyyy 6.29.2022 DATE HH:mm 12:46 DATE M.d.yyyy 6.29.2022 DATE HH:mm 12:46 DATE HH:mm:ss 12:46:27 DATE M.d.yyyy 6.29.2022 DATE HH:mm 12:46 DATE M.d.yyyy 6.29.2022 4、下临黄河。传闻常有鹳雀在此停留。 DATE M.d.yyyy 6.29.2022 DATE M.d.yyyy 6.29.2022 DATE HH:mm 12:46 DATE HH:mm 12:46 DATE HH:mm:ss 12:46:27 DATE HH:mm:ss 12:46:27 5、故有此名。 DATE MMMM yy June 20 DATE dddd, MMMM d, yyyy Monday, June 29, 2022 DATE M/d/yyyy 6/29/2022 6、消逝。 这句话是说太阳依傍山峦沉落。 TIME h时m分 12时46分 TIME h时m分 12时46分 DATE d-MMM-yy 29-Jun-20 DATE M.d.yyyy 6.29.2022 7、想要得到某种东西或达到某种目的的愿望。 TIME yy.M.d 20.6.29 TIME yy.M.d 20.6.29 TIME yy.M.d 20.6.29。 TIME yyyy年M月d日星期W 2022年6月29日星期一 TIME EEEE年O月A日 二二年六月二十九日 8、但也有希望、想要的意思。 DATE HH:mm 12:46 DATE HH:mm:ss 12:46:27 DATE M.d.yyyy 6.29.2022 DATE dddd, MMMM d, yyyy Monday, June 29, 2022 第23页 共23页第 23 页 共 23 页第 23 页 共 23 页第 23 页 共 23 页第 23 页 共 23 页第 23 页 共 23 页第 23 页 共 23 页第 23 页 共 23 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