L INFLUENZA DI ALCUNI FATTORI TECNOLOGICI SULLA GLICO- LISI DEL PARMIGIANO-REGGIANO
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1 SCIENZA E TECNICA LATTIERO-CASEARIA, 54 (4), L INFLUENZA DI ALCUNI FATTORI TECNOLOGICI SULLA GLICO- LISI DEL PARMIGIANO-REGGIANO M Pecorari 1 *, G Gambini 1, P Reverberi 1, A Caroli 1 INTRODUZIONE I processi biochimici che avvengono nella cagliata nelle prime 48 ore dopo la caseificazione risultano decisivi per la riuscita qualitativa del formaggio e, indirizzando il lungo processo maturativo, concorrono in modo determinante alla sua caratterizzazione compositiva, nutrizionale, strutturale ed organolettica [1-5]. In questa fase, l evento più rilevante è rappresentato dall acidificazione della massa caseosa; questo fenomeno è il risultato di un complesso e delicato equilibrio tra sviluppo dei batteri lattici, produzione di acido lattico e drenaggio del siero dalla forma [6-10]. Nel formaggio grana, la glicolisi presenta connotati particolari rispetto ad altri formaggi per l elevata temperatura cui è sottoposta la cagliata e per le notevoli dimensioni della forma. La cottura, a C, favorisce la selezione della flora lattica termofila del siero innesto, ma rappresenta anche un fattore limitante per il suo sviluppo; il peso e la conformazione della forma, inoltre, impediscono, soprattutto al centro, un rapido abbassamento della temperatura. Tali condizioni favoriscono l instaurarsi di un gradiente di temperatura tra esterno ed interno della forma che si mantiene per molte ore dopo la fabbricazione [11-16]. Nell ambito dei formaggi grana, inoltre, la situazione risulta ancor più complessa per quanto attiene il Parmigiano-Reggiano, visto che la temperatura di cottura e le dimensioni della forma risultano mediamente più elevate rispetto al Grana Padano. Tra l altro, nel comprensorio del Parmigiano-Reggiano, si è assistito in questi anni ad una generalizzata tendenza a produrre forme di maggiore peso, più richieste dal mercato, ed a velocizzare i tempi di caseificazione con conseguente innalzamento delle temperature finali di cottura. Tutto ciò comporta maggiori difficoltà nella realizzazione di un regolare e completo processo glicolitico della pasta al centro della forma e può favorire, qualora residuino zuccheri fermentescibili, il manifestarsi di difetti precoci a seguito di fenomeni fermentativi indesiderati, quali lo sviluppo di Clostridium butyricum [7, 17, 18]. In una nostra recente ricerca, condotta su forme prodotte in caseifici del comprensorio del Parmigiano-Reggiano [19] sono stati studiati i tempi e le modalità dell acidificazione della cagliata in diverse situazioni pro- * Corrispondenza ed estratti: labo@parmigiano-reggiano.it 1 Consorzio Formaggio Parmigiano-Reggiano. Via Kennedy 18, Reggio Emilia.
2 duttive. La figura 1 evidenzia gli andamenti medi della temperatura e del ph misurati a diversi intervalli nelle prime 48 ore nella zona esterna e al centro della forma. I risultati mostrano una diversa dinamica dell acidificazione nelle due zone conseguente al gradiente di temperatura che si instaura durante la formatura. La pasta al centro della forma si raffredda più lentamente rispetto alla zona periferica. A 6 ore circa dall estrazione della cagliata si registra la massima differenza di temperatura tra interno ed esterno (mediamente 12 C), mentre, dopo 24 ore il gradiente si riduce a 8 C circa. A 48 ore la differenza risulta ancora di 2 C circa. Figura 1 - Variazioni della temperatura e del ph nelle prime 48 ore ( esterno e interno di 6 forme). Figure 1 - Temperature and ph during the first 48 hours (external and internal zones of 6 cheeses). L andamento della temperatura nella massa caseosa e le modalità di sviluppo dei batteri lattici si riflettono sull evoluzione dell acidificazione. L attività lattica termofila inizia a C e trova la temperatura ottimale a C. Queste condizioni si realizzano alla 3 a -4 a ora nella porzione periferica della forma e alla 14 a -15 a ora al centro della forma. Il ph si abbassa velocemente all esterno per raggiungere il valore minimo (4,98) a 6 ore dopo l estrazione. Nel cuore della forma l abbassamento risulta lento nelle prime 10 ore per poi discendere repentinamente e raggiungere alla 24 a ora gli stessi valori minimi riscontrati all esterno alla 6 a ora. Successivamente il ph risale lentamente e a 48 ore, la forma presenta un valore intorno a 5,20 in ogni sua parte. Le variazioni di temperatura e, soprattutto, di ph nelle prime 24 ore presentano alcune differenze rispetto ai valori riportati in altre ricerche 288 Pecorari et al. (2003) Sci. Tecn. Latt.-Cas., 54 (4),
3 [15, 16, 20-22]. Tali differenze possono essere spiegate dai diversi sistemi produttivi che caratterizzano la produzione del Grana Padano e del Parmigiano-Reggiano e, nell ambito dello stesso formaggio, dalla differente operatività che si realizza nei singoli caseifici. Nel corso della ricerca è emersa una significativa variabilità dell evoluzione della glicolisi nelle diverse situazioni produttive che testimonia come l acidificazione risulti influenzata dalla tecnologia adottata nei diversi caseifici, oltre che da fattori stagionali ed ambientali. La quantità e la qualità del siero innesto e la temperatura di cottura rappresentano le variabili tecnologiche che influenzano maggiormente i fenomeni biochimici che avvengono nella cagliata nelle prime 48 ore. Al fine di conoscere l influenza di tali variabili tecnologiche sul processo glicolitico del formaggio Parmigiano-Reggiano sono state condotte 24 caseificazioni comparate in altrettanti caseifici delle province di Parma, Reggio Emilia e Modena ed in particolare 6 prove nelle quali è stata modificata la temperatura di cottura, 2 con variazioni del dosaggio di siero innesto e 4 con l adozione di una diversa tipologia di siero innesto. TEMPERATURA DI COTTURA La flora del siero innesto rappresenta una coltura complessa di batteri lattici termofili costituita da un associazione di ceppi con una biodiversità genomica [6, 9, 24] in grado di sviluppare preferibilmente in siero, di tollerare bassi valori di ph e di presentare un elevata termofilia. Allo scopo di verificare l influenza della temperatura finale del processo di caseificazione sulla dinamica fermentativa della massa caseosa nelle prime 24 ore sono state effettuate quattro caseificazioni comparate in altrettanti caseifici. Le prove sono state impostate in modo che nelle caseificazioni condotte in parallelo le temperature finali di cottura differissero di 1 C circa. Occorre sottolineare che il range entro cui può variare la temperatura di cottura nella tecnologia del Parmigiano-Reggiano risulta molto ristretto. Infatti, abbassando eccessivamente la temperatura, si corre il rischio di non garantire un sufficiente drenaggio del siero e di ottenere una cagliata eccessivamente umida, mentre l innalzamento può determinare una scarsa coesività della pasta. Nella figura 2 sono messi a confronto i valori medi di temperatura e di ph misurati nell arco delle prime 24 ore nella zona centrale delle forme prodotte con elevata e con bassa temperatura di cottura della cagliata; non viene riportato l andamento del ph nella zona periferica perché i dati non differiscono in modo significativo. Al centro delle forme si evidenzia una diversa dinamica di acidificazione relativamente alle due differenti temperature di cottura. La differenza di temperatura, già presente al momento dell estrazione, a conferma di una diversa attività lattica durante la giacenza della massa caseosa sul fondo della caldaia [12, 22] va accentuandosi nell arco delle prime 12 ore. Pecorari et al. (2003) Sci. Tecn. Latt.-Cas., 54 (4),
4 Figura 2 - Temperatura e ph al centro della forma nelle prime 24 ore (media di 12 forme prodotte con diversa temperatura di cottura). Figure 2 - Temperature and ph in the center of the cheese during the first 24 hours (mean of 12 cheeses from different cooking temperature). In questa fase si assiste ad una discesa più rapida del ph nella zona centrale delle forme prodotte con temperatura di cottura più bassa. In queste, infatti, il valore medio di ph misurato a 7 ore raggiunge un livello più basso rispetto a quello riscontrato nelle forme a cottura più elevata (5,34 vs 5,62), differenza che si mantiene uguale anche a 11 ore, per poi ridursi alla 24 a ora a poco più di 1 linea decimale. Il contenuto di umidità della pasta nella zona centrale risulta leggermente superiore nelle forme sottoposte a cottura più bassa, nonostante nella caseificazione di queste ultime si sia reso necessario allungare i tempi di cottura per raggiungere un soddisfacente grado di asciugatura della cagliata. Le analisi relative al contenuto di zuccheri consentono di evidenziare un accumulo maggiore di galattosio ed una minore quantità di acido lattico al centro della forma cotta con temperatura più elevata (Tab. 1). Pertanto, l adozione di una diversa temperatura di cottura della cagliata comporta una differente curva di raffreddamento e conseguentemente una variazione importante dello sviluppo della flora lattica termofila che si riflette sulla variazione del ph e dei contenuti di acqua e di zuccheri nella pasta a 24 ore. DOSAGGIO DEL SIERO INNESTO Il siero innesto per Parmigiano-Reggiano presenta un numero di batteri lattici variabile da alcune centinaia di milioni al miliardo e più di unità formanti colonie per ml. Nella tecnologia del Parmigiano-Reggiano 290 Pecorari et al. (2003) Sci. Tecn. Latt.-Cas., 54 (4),
5 Tabella 1 - Valori medi di umidità, lattosio, galattosio e acido lattico nella pasta al centro della forma a 24 ore ottenute con diverse temperature di cottura. Table 1 - Means of moisture, lactose, galactose and lactic acid in the core of the cheese after 24 hours with different cooking temperatures. il siero innesto è usato mediamente in ragione del 3,1% circa (30-32 kg per tonnellata di latte) sufficiente ad incrementare l acidità del latte ( SH/50 ml) di 8 decimi, anche se le quantità impiegate variano notevolmente da un caseificio all altro (da 25 a 37 kg/t di latte) [25]. Per valutare gli effetti di un diverso dosaggio di siero innesto sul processo glicolitico della massa caseosa nelle prime 24 ore, sono state effettuate 2 caseificazioni comparate in due latterie del comprensorio. Per ogni prova si è operato utilizzando il latte di un unica stalla, adottando due diverse quantità di siero innesto: 2,3%, pari ad un incremento di 6 linee decimali dell acidità titolabile e 3,5% pari ad un aumento di 9 linee decimali. Per mantenere una tecnologia corretta, relativamente ai tempi di coagulazione, di spinatura e di cottura, il più elevato dosaggio di siero innesto è stato compensato con una minore quantità di caglio e viceversa. Per le prove non si è ritenuto opportuno adottare incrementi di acidità titolabile superiori ai 9 e inferiori ai 6 decimi del latte di caldaia per non alterare eccessivamente le caratteristiche acido-presamiche della cagliata del Parmigiano-Reggiano che, come noto, giocano un ruolo di primaria importanza nel determinismo delle caratteristiche chimico-fisiche della massa caseosa. Nella figura 3 sono riportati i valori medi del ph della pasta rilevati nella zona centrale delle forme prodotte con più o meno siero innesto. L acidificazione della pasta risulta diversa già al momento dell estrazione della massa caseosa dalla caldaia. Le forme prodotte con una quantità di siero innesto più elevata, infatti, presentano mediamente un ph inferiore di 0,14 unità, rispetto a quelle ottenute con dosaggi minori. Le differenze aumentano dopo 2 e dopo 7 ore: -0,2 e -0,3 unità, rispettivamente. A 24 ore, nelle forme ottenute con 9 decimi di siero innesto il ph risulta ancora inferiore mediamente di 0,18 unità, rispetto alla pasta delle forme prodotte con 6 decimi di siero innesto aggiunto. I contenuti di umidità, determinati al centro della forma a 24 ore dalla fabbricazione, risultano praticamente uguali nelle due forme. Pecorari et al. (2003) Sci. Tecn. Latt.-Cas., 54 (4),
6 Figura 3 - Variazioni del ph nelle prime 24 ore all interno di forme ottenute con diverso dosaggio di siero innesto (2 prove). Caseificazioni con aggiunta del 2,3% (6/10 ) e del 3,5% (9/10 ) di siero innesto. Figure 3 - ph curves in the core of the cheese during the first 24 hours from differents whey starter dosages (2 trials). Trials with adding 2.3% (6/10 ) and 3.5% (9/10 ) of whey starter. I tenori di galattosio, così come quello di acido lattico, non mostrano differenze significative tra le due tesi, anche se il galattosio risulta leggermente inferiore e l acido lattico lievemente superiore nella pasta della forma ottenuta con più siero innesto (Fig. 4). Il diverso quantitativo di siero innesto aggiunto in caldaia, oltre a modificare il grado di presamicità della cagliata e, conseguentemente, la capacità di spurgo del coagulo, apportando un diverso numero di batteri lattici, è in grado di condizionare in modo importante la dinamica del processo glicolitico nelle prime 24 ore. PREPARAZIONE E CONSERVAZIONE DEL SIERO INNESTO La diversa gestione dei tempi e delle modalità di incubazione del siero dolce è in grado di influenzare il numero, la vitalità ed il tipo di associazione dei batteri lattici termofili del siero innesto. Per valutare l influenza della diversa preparazione e conservazione del siero innesto sull acidificazione della pasta del Parmigiano-Reggiano sono state condotte 4 lavorazioni comparate utilizzando lo stesso latte, gli stessi quantitativi di innesto e di caglio, la medesima tecnologia e modificando la curva termica di incubazione del siero. Per entrambe le tesi sono stati utilizzati contenitori cilindrici in acciaio della capacità di 200 kg: in un caso il siero è stato conservato per 22 ore lasciandolo raffreddare spontaneamente, come avviene normalmente 292 Pecorari et al. (2003) Sci. Tecn. Latt.-Cas., 54 (4),
7 Figura 4 - Valori medi di lattosio, galattosio e acido lattico al centro della forma dopo 24 ore - 4 caseificazioni con aggiunta del 2,3% (6/10 ) e del 3,5% (9/10 ) di siero innesto. Figure 4 - Lactose, galactose and lactic acid in the core of the cheese after 24 hours - 4 trials with addition of 2,3% (6/10 ) and 3,5% (9/10 ) of whey starter. nella pratica di caseificio, mentre nell altro, si è proceduto ad un iniziale raffreddamento del siero dolce ad una temperatura di 48 C, quindi nella successiva fase di conservazione la temperatura non ha subito ulteriori aggiustamenti. Con l immediato raffreddamento del siero dolce si anticipa l avvio della fermentazione lattica, portando più rapidamente la temperatura dello stesso ai valori pressoché ottimali per lo sviluppo dei batteri termofili. In tal modo, con la riduzione dell effetto stressante dell elevata temperatura iniziale, si ottiene una flora lattica termofila con una maggiore vitalità [26]. L analisi dei due sieri innesti utilizzati (Tab. 2) consente di evidenziare come con il raffreddamento iniziale si ottenga un numero di batteri lattici termofili più elevato e, soprattutto, una maggiore attività fermentativa, sia a 45 C che a 52 C. Le curve di acidificazione delle forme prodotte utilizzando i due tipi di siero innesto presentano andamenti diversi (Fig. 5). Al centro della forma ottenuta con siero raffreddato l acidificazione della pasta risulta più rapida (già all estrazione il ph risulta più basso di 0,09 unità) e più intensa (a 7 e a 11 ore la differenza risulta pari a 0,2 unità di ph). Tale differenza si evidenzia ancora a 24 ore. L umidità risulta uguale nelle due tesi, mentre, leggere differenze si rilevano a carico del galattosio e dell acido lattico: meno 0,21 grammi di galattosio e più 0,30 grammi di acido lattico nella forma prodotta con siero inizialmente raffreddato rispetto a quella ottenuta con siero tra- Pecorari et al. (2003) Sci. Tecn. Latt.-Cas., 54 (4),
8 Tabella 2 - Valori analitici medi del siero innesto. Table 2 - Means of whey-starter parameters. dizionale (Tab. 3). La diversa preparazione e conservazione del siero dolce, pertanto, condizionando la qualità del siero innesto in termini di selezione, numero e vitalità della flora lattica termofila, è in grado di influenzare la velocità e l intensità dell acidificazione della pasta nelle prime 24 ore, conseguentemente, i contenuti di zuccheri e di acido lattico. CONCLUSIONI Alla realizzazione delle peculiari caratteristiche qualitative del grana strutturali, nutrizionali ed organolettiche contribuisce in modo determinante lo sviluppo della flora lattica termofila e le conseguenti modificazioni chimico-fisiche della pasta nelle prime 24 ore. Il raffreddamento della massa caseosa non avviene in modo omogeneo nella forma, ma si instaurano dei gradienti di temperatura che determinano condizioni molto diverse per lo sviluppo dei batteri lattici in funzione della profondità rispetto alla superficie esterna. Pertanto, le ore che seguono il processo di caseificazione risultano cruciali, non solo per la salvaguardia igienica del prodotto, ma, soprattutto, per la riuscita qualitativa del formaggio in relazione alla velocità ed alla intensità di sviluppo della flora lattica termofila. Infatti, l eventuale presenza di zuccheri fermentescibili e, conseguentemente, l insufficiente abbassamento di ph quando la temperatura della pasta al centro della forma risulta idonea allo sviluppo di flore anticasearie, può essere causa di fermentazioni precoci, sostenute da clostridi o da lieviti, con formazione di grosse cavità spugnose. Per contro, un elevata acidificazione iniziale, con conseguente eccessiva 294 Pecorari et al. (2003) Sci. Tecn. Latt.-Cas., 54 (4),
9 Figura 5 - Variazioni del valore medio del ph al centro della forma nelle prime 24 ore: valori medi di 8 caseificazioni con siero tradizionale (S.T.) e con siero inizialmente raffreddato (S.I.R.) Figure 5 - ph mean value variation in the core of the cheese in the first 24 hours: mean values of 8 trials with traditional whey starter (S.T.) and whey starter cooled at 48 C at the beginning (S.I.R.). demineralizzazione, può essere all origine della destrutturazione della pasta con la manifestazione di fessurazioni e spacchi. In questo delicato equilibrio, evidentemente, l umidità, intesa come gradiente tra esterno ed interno della forma, gioca un ruolo fondamentale. In conclusione, da queste ricerche emerge quanto segue: - la temperatura di cottura adottata, che risulta legata all impostazione ed alla conduzione del processo tecnologico (dosaggi di caglio e di siero innesto, tempo di coagulazione e di rassodamento della cagliata, consistenza del coagulo alla rottura e dimensione dei granuli e tempo di cot- Pecorari et al. (2003) Sci. Tecn. Latt.-Cas., 54 (4),
10 Tabella 3 - Valori medi di lattosio, di galattosio e di acido lattico nella zona centrale delle forme a 24 ore lavorate con sieri preparati con diverse modalità. Table 3 - Means of lactose, galactose and lactic acid values tested after 24 hours in the core of cheeses maked with different whey starters. 296 Pecorari et al. (2003) Sci. Tecn. Latt.-Cas., 54 (4),
11 tura) è in grado di influenzare, oltre al contenuto di acqua della forma, anche la curva di raffreddamento della pasta e, conseguentemente, l intensità e la velocità della fermentazione lattica ed il contenuto di zuccheri e di acido lattico della pasta; - la quantità di siero innesto aggiunto, oltre a determinare l equilibrio acido-presamico della cagliata, modifica la curva di sviluppo dei batteri lattici termofili, soprattutto nelle prime ore, con riflessi anche sul contenuto di galattosio e di acido lattico della pasta; - il diverso trattamento di preparazione e di conservazione del siero risulta determinante nella caratterizzazione quali-quantitativa della flora lattica termofila del siero innesto e, conseguentemente, nella definizione dell andamento della glicolisi e della curva di acidificazione della pasta nelle prime 24 ore dopo la fabbricazione. RIASSUNTO - Nel formaggio Parmigiano-Reggiano il metabolismo degli zuccheri ad opera dei batteri lattici termofili che avviene nella cagliata durante la prima fase di maturazione, è sensibilmente influenzato da alcuni parametri tecnologici del processo di caseificazione. La presente ricerca ha evidenziato come la differenza di temperatura di cottura della cagliata influenzi l intensità e la velocità della fermentazione lattica, nonché l umidità della forma. La quantità di siero innesto aggiunto al latte, inoltre, può modificare la curva di sviluppo dei batteri lattici termofili, soprattutto nelle prime ore successive all estrazione della cagliata. Infine, la diversa impostazione della curva termica di incubazione del siero è in grado di influenzare il numero e la vitalità dei batteri lattici termofili e, conseguentemente, la curva di acidificazione della pasta nelle prime 24 ore e i contenuti di galattosio e di acido lattico della forma, soprattutto nella zona centrale. Parole chiave: Parmigiano-Reggiano, glicolisi, tecnologia, batteri lattici termofili, temperatura di cottura, siero innesto SUMMARY - Influence of technological factors on Parmigiano-Reggiano glycolysis. - In Parmigiano-Reggiano cheese, sugar s hydrolysis from lactic acid bacteria, that begin after the extraction from the cauldron, is sensibly influenced by some technological parameters of cheesemaking process. This work has pointed out that different cooking temperatures influence curd s lactic acid bacteria fermentation and water contents. Whey-starter dosages modify the acidification curve of thermophilic lactic acid bacteria, particulary during the first hours after cheesemaking. Different thermal curve settings of the whey-starter affect the number and vitality of thermophilic lactic acid bacteria and, consequently, the acidification curve of the curd during the first 24 hours, particulary in the core of the cheese where galactose and lactic acid contents may change. Keywords: Parmigiano-Reggiano cheese, glycolysis, technology, lactic acid Pecorari et al. (2003) Sci. Tecn. Latt.-Cas., 54 (4),
12 bacteria, cooking temperature, whey starter Ringraziamenti: Relazione al convegno AITeL (Parma, ) raccolta negli atti editi a cura del Consorzio Formaggio Parmigiano-Reggiano. Lavoro eseguito nell ambito del programma di sperimentazione della Regione Emilia Romagna, realizzato con il coordinamento tecnico-organizzativo del Centro Ricerche Produzioni Animali di Reggio Emilia. BIBLIOGRAFIA 1) Bottazzi V (1993). I batteri lattici nella maturazione del formaggio grana. L Industria del latte, 29(2), ) Fox PF, Lucey JA, Cogan TM (1990). Glicolysis and reaction during cheese manufacture and ripening. Crit. Rev.Food Sci. Nutr., 29, ) Battistotti B (1995). Il siero innesto nei processi di maturazione del formaggio Grana: nuove acquisizioni. Sci. Tecn. Latt.-Cas., 46, ) Nanni M, Coppola R, Iorizzo M, Sorrentino A, Sorrentino E, Grazia L (1996). La microflora lattica nella maturazione del formaggio Parmigiano-Reggiano. Sci. Tecn. Latt.-Cas., 48, ) Carini S (1983). I batteri lattici nella maturazione dei formaggi italiani. Microbiologie, Aliments, Nutrition, 1, ) Neviani E, Carini S (1994). Microbiology of Parmesan Cheese. Microbiologie, Aliments, Nutrition, 12, ) Bottazzi V, Scolari GL, Cappa F, Battistotti B, Bosi F, Brambilla E (1992). Batteri lattici per la produzione di formaggio grana III parte: velocità di acidificazione e comparsa di gonfiore. Sci. Tecn. Latt.-Cas., 43, ) Giraffa G, Mucchetti G, Addeo F, Neviani E (1997). Evolution of lactic acid microflora during grana cheese-making and ripening. Microbiologie, Aliments, Nutrition, 15, ) Bottazzi V (1997). Capolavori microbici: i formaggi tipici. Caseus, 2, ) Bottazzi V (1981). Le caratteristiche della coltura naturale impiegata nella produzione del formaggio grana. Sci. Tecn. Latt.-Cas., 32, ) Accolas JP, Hemme D, Desmazeaud MJ, Vassal L, Bouillanne C, Veaux M (1980). Le levains lactiques thermophiles : propriétés et comportement en technologie laitière. Le Lait, 60, ) Neviani E, Divizia R, Abbiati E, Gatti M (1995). Acidification activity of termophilic lactobacilli under the temperature gradient of grana cheese making. J. Dairy Sci., 78, ) Steffen Chr (1975). Enzymatische Bestimmungsmethoden zur Erfassung der Gärungsvorgänge in der milchwirtschaftlichen Technologie. Lebensm. Wiss. u. Technol., 8, Pecorari et al. (2003) Sci. Tecn. Latt.-Cas., 54 (4),
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