$(1{\rightarrow}4)-{\beta}-{\small{D}}-mannopyranosyl$ 골격에 $(1{\rightarrow}6)-{\alpha}-{\small{D}}-galactopyranosyl$곁사슬을 갖는 직선사슬로 구성된 다당류로 강한 점성을 나타내는 타라검을 황산암모늄침전법을 사용하여 분획하였다. 황산암모늄 농도에 따라 얻어진 침전물을 원심분리 및 투석 후 동결상태에서 건조시켜서 첫 번째 분획물을 얻고 동일한 방법으로 각 단계별 분획물을 얻어 F1, F2, F3, F4, F5, F6으로 표기하였다. 각 분획물들의 묽은 농도범위 0.05 g/dL 이하에서 우베로드 점도계로 흐르는 시간을 측정하여 본성 점도를 구하였으며 그 값은 F1: 12.24, F2: 9.38, F3: 12.44, F4: 11.14, F5: 10.51, F6: 10.17dL/g이었다. F1과 F2 분획물이 갖는 본성 점도는 기대 값보다 작았고 그 원인은 단백질 성분이 비교적 많이 포함되어 분자 간 상호작용으로 생긴 용해도에 미치는 영향으로 판단되었다. 또한 고분자 물질의 용질-용매간의 상호작용과 응집상태에 의존하는 상태를 나타내는 Huggins 계수(k')값을 측정한 결과 점도 값이 클수록 k'값이 커지는 경향을 나타내었다. 원뿔 평판 점도계로 겉보기 점도를 측정하여 전단속도가 증가함에 따라 점도가 감소하는 전단 묽어짐 현상을 확인하였다. SEC 측정으로 중량평균 분자량, 수 평균 분자량, 회전 반경 및 본성 점도 값들이 $c_p=0.5mg/mL$, dn/dc=0.145의 RI 피크면적으로 계산되었다. 본성 점도 값은 F3:1 0.93, F4: 10.01, F5: 9.33, F6: 9.33 dL/g이었고 Mw: 658.52-776.71, Mn: 318.04-495.78 및 Mz: 952.74-1126.00 kg/mol이었다. 타라검 분획물들의 분자량과 유변학적 성질에 관한 연구로부터 화학물질에 대한 안정제 및 식품첨가제로서의 효과를 높이고 점성 강화제로 사용되는 범위가 확대될 것으로 기대된다.
$(1{\rightarrow}4)-{\beta}-{\small{D}}-mannopyranosyl$ 골격에 $(1{\rightarrow}6)-{\alpha}-{\small{D}}-galactopyranosyl$ 곁사슬을 갖는 직선사슬로 구성된 다당류로 강한 점성을 나타내는 타라검을 황산암모늄 침전법을 사용하여 분획하였다. 황산암모늄 농도에 따라 얻어진 침전물을 원심분리 및 투석 후 동결상태에서 건조시켜서 첫 번째 분획물을 얻고 동일한 방법으로 각 단계별 분획물을 얻어 F1, F2, F3, F4, F5, F6으로 표기하였다. 각 분획물들의 묽은 농도범위 0.05 g/dL 이하에서 우베로드 점도계로 흐르는 시간을 측정하여 본성 점도를 구하였으며 그 값은 F1: 12.24, F2: 9.38, F3: 12.44, F4: 11.14, F5: 10.51, F6: 10.17dL/g이었다. F1과 F2 분획물이 갖는 본성 점도는 기대 값보다 작았고 그 원인은 단백질 성분이 비교적 많이 포함되어 분자 간 상호작용으로 생긴 용해도에 미치는 영향으로 판단되었다. 또한 고분자 물질의 용질-용매간의 상호작용과 응집상태에 의존하는 상태를 나타내는 Huggins 계수(k')값을 측정한 결과 점도 값이 클수록 k'값이 커지는 경향을 나타내었다. 원뿔 평판 점도계로 겉보기 점도를 측정하여 전단속도가 증가함에 따라 점도가 감소하는 전단 묽어짐 현상을 확인하였다. SEC 측정으로 중량평균 분자량, 수 평균 분자량, 회전 반경 및 본성 점도 값들이 $c_p=0.5mg/mL$, dn/dc=0.145의 RI 피크면적으로 계산되었다. 본성 점도 값은 F3:1 0.93, F4: 10.01, F5: 9.33, F6: 9.33 dL/g이었고 Mw: 658.52-776.71, Mn: 318.04-495.78 및 Mz: 952.74-1126.00 kg/mol이었다. 타라검 분획물들의 분자량과 유변학적 성질에 관한 연구로부터 화학물질에 대한 안정제 및 식품첨가제로서의 효과를 높이고 점성 강화제로 사용되는 범위가 확대될 것으로 기대된다.
This study aimed at characterizing the rheological properties and molecular weight of tara gum fractionated with ammonium sulfate. Tara gum was separated into six fractions (F1-F6) at different concentrations of ammonium sulfate, ranging from 12.21 to 28.67% (w/w). The yield of the tara gum fraction...
This study aimed at characterizing the rheological properties and molecular weight of tara gum fractionated with ammonium sulfate. Tara gum was separated into six fractions (F1-F6) at different concentrations of ammonium sulfate, ranging from 12.21 to 28.67% (w/w). The yield of the tara gum fractions ranged between 4.98 and 17.47%, and their intrinsic viscosity ranged from 9.38 to 12.44 dL/g. The highest values of Huggins coefficient (k') and viscosity-molecular mass were observed in fraction F3. The shear viscosity of the tara gum fractions was measured by a cone-plate viscometer, clearly showing shear thinning behavior. Size-exclusion chromatography results showed that the molecular weight ranged between 635.42 and 776.71 kg/mol, and the F3 fraction exhibited higher values of molecular weight.
This study aimed at characterizing the rheological properties and molecular weight of tara gum fractionated with ammonium sulfate. Tara gum was separated into six fractions (F1-F6) at different concentrations of ammonium sulfate, ranging from 12.21 to 28.67% (w/w). The yield of the tara gum fractions ranged between 4.98 and 17.47%, and their intrinsic viscosity ranged from 9.38 to 12.44 dL/g. The highest values of Huggins coefficient (k') and viscosity-molecular mass were observed in fraction F3. The shear viscosity of the tara gum fractions was measured by a cone-plate viscometer, clearly showing shear thinning behavior. Size-exclusion chromatography results showed that the molecular weight ranged between 635.42 and 776.71 kg/mol, and the F3 fraction exhibited higher values of molecular weight.
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문제 정의
본 연구의 목적은 복합성이며 친수콜로이드성 분자인 타라검을 분획화 하여 얻은 각 물질들에 대한 분자량 및 유변학적 성질을 측정하여 복합적 성질을 규명하고자 한다. 이를 바탕으로 분획된 물질을 사용하여 다양한 제품에 안정제 혹은 점성을 증가시키는 첨가제로서의 유용성을 높여서 사용범위가 크게 확대될 것으로 기대된다.
제안 방법
(1→4)-β-D-mannopyranosyl 골격에 (1→6)-α-D-galactopyranosyl 곁사슬을 갖는 직선사슬로 구성된 다당류로 강한 점성을 나타내는 타라검을 황산암모늄 침전법을 사용하여 분획하였다.
05130 g/dL이었다. 각 용액의 흐르는 시간과 증류수 흐르는 시간으로부터 희석 우베로드 점도계 기기 메뉴얼에 사용되는 각각의 이론적 상수인 측정시간이 길어질수록 보정수치 값이 작아지는 Hagenbach Coutte (HC) 상수를 사용하여 상대 점도와 비점도를 구하였다(28). 또한 부룩필드 디지털 점도계(Model DV-Prime, Brookfield Engineering Laboratories, Inc.
이 용액을 −50℃에서 1시간 동결시킨 후, 진공 냉동건조기(Kryomat Ruk 90, Lauda, Baden-Wuerttemberg, Germany)에서 48시간 건조시켜서 섬유모양의 흰색 분획물을 얻었고 이를 첫 번째 분획물인 F1으로 표기하였다. 남은 투명 액에 다시 암모늄염을 가하면서 침전, 여과, 투석, 동결건조의 반복과정(27)을 거치면서 6개의 분획물(F1-F6)을 얻었고 수득량을 계산하였다.
단백질을 함유한 분획물 F1과 F2는 녹지 않은 입자로 인하여 size-exclusion chromatography (SEC)에 의한 분자량 측정에서 제외 시켰고 황산암모늄 침전법으로 얻어진 4개의 타라검 분획물 들(F3-F6)에 대하여 85℃에서의 용해도에 미치는 영향을 관찰하기 위한 실험을 90시간 실행하였다. 이 실험에서 얻은 직선 회귀직선을 표준상태로 활용하여 체류용량에 따른 크로마토그램을 얻었다.
각 용액의 흐르는 시간과 증류수 흐르는 시간으로부터 희석 우베로드 점도계 기기 메뉴얼에 사용되는 각각의 이론적 상수인 측정시간이 길어질수록 보정수치 값이 작아지는 Hagenbach Coutte (HC) 상수를 사용하여 상대 점도와 비점도를 구하였다(28). 또한 부룩필드 디지털 점도계(Model DV-Prime, Brookfield Engineering Laboratories, Inc., Middleboro, MA, USA)를 사용하여 점도를 측정하였다. 우선 버블측정기로 수평을 맞추고 토크값이 0이 나타나게 한 후 cone gap을 세팅 하였다.
분광도계(Cary 400, Varian, Walnut Creek, CA, USA)로 소혈청알부민(bovine serum albumin, BSA) 표준시약과 브래드포드(Bradford)용액을 사용(29)하여 분획물별로 용액을 제조하여 흡광도를 측정하였고 타라검의 단백질 농도(%)를 구하였다.
시료 용기에 각 분별 용액을 0.5 mL를 넣고 시료 플레이트 (sample plate)와 스핀들(spindle) 간격은 0.013 mm로 유지하면서 일정한 간격으로 전단속도(shear rate) 0.10부터 100.0 s−1 에 따른 전단변형력(shear stress)을 측정하였다.
용해 반응과정을 관찰하기 위하여 동결건조시킨 각 분획물을 85℃에서 용해시키고 녹지 않은 입자가 남아서 컬럼의 흐름을 막는 것을 방지하기 위하여 0.46 µm PVDF syringe filter로 여과시켰다.
, Middleboro, MA, USA)를 사용하여 점도를 측정하였다. 우선 버블측정기로 수평을 맞추고 토크값이 0이 나타나게 한 후 cone gap을 세팅 하였다. 타라검 분획물들 (F1-F6) 0.
또한 고분자 물질의 용질-용매간의 상호작용과 응집상태에 의존하는 상태를 나타내는 Huggins 계수(k')값을 측정한 결과 점도 값이 클수록 k'값이 커지는 경향을 나타내었다. 원뿔 평판 점도계로 겉보기 점도를 측정하여 전단속도가 증가함에 따라 점도가 감소하는 전단 묽어짐 현상을 확인하였다. SEC 측정으로 중량평균 분자량, 수 평균 분자량, 회전 반경 및 본성 점도 값들이 cp=0.
단백질을 함유한 분획물 F1과 F2는 녹지 않은 입자로 인하여 size-exclusion chromatography (SEC)에 의한 분자량 측정에서 제외 시켰고 황산암모늄 침전법으로 얻어진 4개의 타라검 분획물 들(F3-F6)에 대하여 85℃에서의 용해도에 미치는 영향을 관찰하기 위한 실험을 90시간 실행하였다. 이 실험에서 얻은 직선 회귀직선을 표준상태로 활용하여 체류용량에 따른 크로마토그램을 얻었다. 4개의 분획물의 다당류는 6.
정제된 맑은 용액에 25℃에서 황산암모늄을 서서히 가하면서 침전이 생길 때까지 관찰하고 방치 후 40,000×g, 20℃, 30분 동안 원심분리기를 사용하여 첫 번째 분획물인 침전물을 얻었다.
정제된 맑은 용액에 25℃에서 황산암모늄을 서서히 가하면서 침전이 생길 때까지 관찰하고 방치 후 40,000×g, 20℃, 30분 동안 원심분리기를 사용하여 첫 번째 분획물인 침전물을 얻었다. 침전물을 90℃ 증류수에 30분 동안 녹이고 25 mM EDTA 용액에서 98℃ 에서 20분 동안 담궈 놓고 세척한 투석막을 사용하여 황산이온이 검출되지 않을 때까지 탈 이온 수에서 하루 동안 투석시켰다. 황산이온이 남아있지 않은 것을 확인하는 방법으로 0.
타라검의 각 분획물 들의 흐르는 속도로부터 상대 점도(ηrel)와 비 점도(ηsp) 값을 계산하여 환원 점도(ηred)를 구하고 농도에 대한 환원 점도를 도시하여 Fig. 1에 나타내었다.
침전물을 90℃ 증류수에 30분 동안 녹이고 25 mM EDTA 용액에서 98℃ 에서 20분 동안 담궈 놓고 세척한 투석막을 사용하여 황산이온이 검출되지 않을 때까지 탈 이온 수에서 하루 동안 투석시켰다. 황산이온이 남아있지 않은 것을 확인하는 방법으로 0.5 M Na2SO4 2 mL와 6 M HCl 3-4방울을 넣고 산성을 확인한 후 1M BaCl2 2-3방울을 넣고 흰색침전이 생기지 않는 것을 관찰하였다. 이 용액을 −50℃에서 1시간 동결시킨 후, 진공 냉동건조기(Kryomat Ruk 90, Lauda, Baden-Wuerttemberg, Germany)에서 48시간 건조시켜서 섬유모양의 흰색 분획물을 얻었고 이를 첫 번째 분획물인 F1으로 표기하였다.
희석 우베로드 점도계(No. 53210, Lauda, Mainz, Germany)를 사용하여 용매를 점차적으로 첨가하여 농도를 희석 시켜가면서 0.02-0.05 g/dL 범위에서 타라검 분획물 들의 흐르는 시간을 측정하였다. 희석 우베로드 점도계를 측정하는 processor viscosity system에는 software module, burette plug-in unit, thermostat, viscometer holder가 장착되어 있다.
대상 데이터
또한 molecular weight cut-off (MWCO) 12,000-14,000, 지름 29 mm 규격인 투석막(No. 44146, Serya, Heidelberg, Germany)을 사용하였다.
타라검(1,500 kg/mol, 갈락토스:마노스=1:3)은 Unipektin Ingredients AG (Eschenz, Switzerland)에서 구입하여 실험재료로 사용하였으며 그 외 사용한 시약은 황산암모늄(ammonium sulfate), 염산(hydrochloric acid), 염화바륨(barium chloride), 황산소듐(sodium sulfate), 아자이드화소듐(sodium azide), 25 mM-EDTA이었고 모든 시약은 Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)에서 구입하여 사용하였다. 또한 molecular weight cut-off (MWCO) 12,000-14,000, 지름 29 mm 규격인 투석막(No.
이론/모형
63% 사이에서 증가하는 흡수시간으로 측정되었다. 이로부터 본성 점도와 분자량은 SolomonGatesman 방법(24,30)을 이용하여 계산되었다. Ultrahydrogel column (7 µm×300 mm, Warwes, Milford, MA, USA), 용리액은 0.
성능/효과
이 실험에서 얻은 직선 회귀직선을 표준상태로 활용하여 체류용량에 따른 크로마토그램을 얻었다. 4개의 분획물의 다당류는 6.0에서 9.0 mL에서 용리되었고 염 혹은 oligomeric sugar 성분은 10.0-11.0 mL에서 용리되었다. Oigomeric sugar 성분들은 타라검 수용액 상태의 추출물에 5% 질량에 포함되어 있는 포도당, 자일로스, 아라비노스, 람노스로 밝혀졌다(24).
17 dL/g이었다. F1과 F2 분획물이 갖는 본성 점도는 기대 값보다 작았고 그 원인은 단백질 성분이 비교적 많이 포함되어 분자 간 상호작용으로 생긴 용해도에 미치는 영향으로 판단되었다. 또한 고분자 물질의 용질-용매간의 상호작용과 응집상태에 의존하는 상태를 나타내는 Huggins 계수(k')값을 측정한 결과 점도 값이 클수록 k'값이 커지는 경향을 나타내었다.
35 dL/g이었다. 두 가지 실험 방법으로 얻어진 분획화된 물질 순서대로 본성 점도 값을 비교한 결과 계산식과 프로그램의 영향으로 수치에는 약간의 차이가 있었으나 일률적으로 감소하는 경향과 분획물별로 서로 다른 값을 갖는 경향은 동일하게 일치하여 황산암모늄 양에 따르는 타 라검 분획화가 구분되게 이루어졌음을 알 수 있었다. 이와 같이 황산암모늄의 용매화를 통하여 다당류를 분획화시킴으로써 분획 물질별로 분자량과 유변학적 성질을 파악할 수 있었다.
또한 고분자 물질의 용질-용매간의 상호작용과 응집상태에 의존하는 상태를 나타내는 Huggins 계수(k')값을 측정한 결과 점도 값이 클수록 k'값이 커지는 경향을 나타내었다.
1에 나타내었다. 분획물들 간에 본성 점도 값들의 분포도가 서로 정확하게 다르게 나타난 현상으로 부터 다당류 물질인 타라검의 분획이 잘 일어났음을 확인할 수 있었다. 농도가 영이 되도록 외삽하여 y절편 값으로부터 본성 점도([η])를 구하여(34) Table 2에 나타내었고 그 값의 범위는 9.
Oigomeric sugar 성분들은 타라검 수용액 상태의 추출물에 5% 질량에 포함되어 있는 포도당, 자일로스, 아라비노스, 람노스로 밝혀졌다(24). 이러한 분획별 크로마토그램은 분리가 일어난 후 용리하는 동안 굴절 지수 검출기에 나타난 값들이며 분획물에 따라 얻어진 SEC 용리 그래프에서 나타나는 차이들로부터 분자량 크기가 차별화 되는 것을 관찰할 수 있었다. SEC 분자량 측정에서 얻어진 중량평균 분자량, 수평균 분자량, 회전 반경 및 본성 점도 값들을 Table 4에 나타내었다.
두 가지 실험 방법으로 얻어진 분획화된 물질 순서대로 본성 점도 값을 비교한 결과 계산식과 프로그램의 영향으로 수치에는 약간의 차이가 있었으나 일률적으로 감소하는 경향과 분획물별로 서로 다른 값을 갖는 경향은 동일하게 일치하여 황산암모늄 양에 따르는 타 라검 분획화가 구분되게 이루어졌음을 알 수 있었다. 이와 같이 황산암모늄의 용매화를 통하여 다당류를 분획화시킴으로써 분획 물질별로 분자량과 유변학적 성질을 파악할 수 있었다.
2에 나타내었다. 전단속도 변화에 따라 일률적인 점도 값을 갖는 뉴톤흐름성질을 나타내지 않고 전단속도가 증가함에 따라 점도 값이 감소하는 특성을 가진 비뉴톤흐름성질인 전단 묽어짐(shear thinning) 현상을 나타냄을 알 수 있었다.
3에 나타내었다. 첨가된 황산암모늄양이 낮은데서 먼저 침전된 분획물이 높은 점도를 갖는 것이 일반적인 현상인데 본 실험에서는 단백질을 비교적 많이 함유하는 성분이 먼저 침전되어 이로 인한 물질 간의 분자 간 상호작용으로 판단되었다. 즉 분획물에서 마난 백본(backbone)의 비 치환체 사이에서의 분자 간 상호작용의 영향으로 F1 과 F2 분획물이 더 낮은 본성 점도를 나타내었음을 알 수 있었다(29,33).
46 µm PVDF syringe filter로 여과시켰다. 회수율은 90시간 동안 측정한 값으로 cp=0.5 mg/mL, dn/dc=0.145의 RI 피크면적에 기초를 둔 OmniSEC 프로그램(Omnisec AG, Daellikon, Switzerland)으로 계산되었으며 111.4-123.63% 사이에서 증가하는 흡수시간으로 측정되었다. 이로부터 본성 점도와 분자량은 SolomonGatesman 방법(24,30)을 이용하여 계산되었다.
이는 높은 용해온도(85℃)에서 제조한 용액이 낮은 용해온도에서 제조한 용액에 비해 중량 평균분자량이 크게 나타남을 알 수 있었다. 희석 우베로드 점도계로 측정한 각 분획물들의 본성 점도 값을 관찰한 결과, 값은 F3 분획물은 12.44 dL/g, F4 분획물은 11.14 dL/g, F5 분획물은 10.51 dL/g 그리고 F6 분획물은 10.17 dL/g이었고, SEC 측정 값 (IV)은 각각 10.93, 10.10, 9.33, 9.35 dL/g이었다. 두 가지 실험 방법으로 얻어진 분획화된 물질 순서대로 본성 점도 값을 비교한 결과 계산식과 프로그램의 영향으로 수치에는 약간의 차이가 있었으나 일률적으로 감소하는 경향과 분획물별로 서로 다른 값을 갖는 경향은 동일하게 일치하여 황산암모늄 양에 따르는 타 라검 분획화가 구분되게 이루어졌음을 알 수 있었다.
후속연구
본 연구의 목적은 복합성이며 친수콜로이드성 분자인 타라검을 분획화 하여 얻은 각 물질들에 대한 분자량 및 유변학적 성질을 측정하여 복합적 성질을 규명하고자 한다. 이를 바탕으로 분획된 물질을 사용하여 다양한 제품에 안정제 혹은 점성을 증가시키는 첨가제로서의 유용성을 높여서 사용범위가 크게 확대될 것으로 기대된다.
00 kg/mol이었다. 타라검 분획물들의 분자량과 유변학적 성질에 관한 연구로부터 화학물질에 대한 안정제 및 식품첨가제로서의 효과를 높이고 점성 강화제로 사용되는 범위가 확대될 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
갈락토마난이란?
다당류들의 불균일성을 규명하기 위한 분획화하는 방법들은 정밀한 화학적 실험방법이 요구되고 분획량 수득률이 매우 낮아 극히 소수의 연구자들만 관심을 갖고 있는 실정이다. 갈락토마난(galactomannans)은 (1→4)-β-D-mannopyranosyl 골격에 (1→6)-α-D-galactopyranosyl 곁사슬을 갖는 직선사슬로 구성된 다당류이며 (1,2). 마노스(mannose)와 갈락토스(galactose) 비율과 마난(mannan) 체인에 연결되는 갈락토스 잔여물의 분포 방식에 따라 다양한 종류들(3)이 존재하고 있다.
타라검이 사용되는 식품범위는?
타라검은 마노스와 갈락토스의 비율이 3:1이며 다른 검들보다 갈락토스 치환체를 덜 가지고 있어 강한 점성을 나타내며 필름을 제조하는 과정에도 사용된다(10,11). 타라검이 사용되는 식품범위는 아이스크림, 치즈, 디저트, 과자류, 고기류 등(12)이고 물 분자와의 결합능력과 다른 고분자물질들과의 상호작용에 관한 연구들(13,14)과 염을 첨가하여 겔 형성에 미치는 영향에 관한 연구들(15-18)이 진행되어져 오고 있으며 낮은 분자량을 갖는 다당류의 유연성을 위한 가소제(19-21)로 사용되는 경우가 많다. 다당류들의 분자량과 유동 성질에 관한 연구로는 넓은 분자량 분포도를 갖는 귀리와 보리에 황산암모늄 침전법을 이용하여 단순 물질로 분획한 후 분자량 분포도를 관찰한 연구(22)가 있으며 글루코마난 수용액의 유변학적인 행동을 관찰하기 위하여 점도와 점탄성을 측정하였고(23), 용해 온도함수로 부터 녹는 부분과 녹지 않 는 부분을 결정한(24) 연구들이 진행되어져 오고 있다.
타라검 분획물의 유동 특성을 분석하기 위한 실험에서 부룩필드 디지털 점도계로 타라검 분획물의 점도를 측정한 과정은?
, Middleboro, MA, USA)를 사용하여 점도를 측정하였다. 우선 버블측정기로 수평을 맞추고 토크값이 0이 나타나게 한 후 cone gap을 세팅 하였다. 타라검 분획물들 (F1-F6) 0.1 g과 증류수 10 mL를 시료 병에 넣고 온도를 90℃로 맞추었다. 충분히 녹인 후 물중탕에 시료 병을 넣어 온도를 25℃와 35℃로 유지시켰다. 시료 용기에 각 분별 용액을 0.5 mL를 넣고 시료 플레이트 (sample plate)와 스핀들(spindle) 간격은 0.013 mm로 유지하면서 일정한 간격으로 전단속도(shear rate) 0.10부터 100.0 s−1 에 따른 전단변형력(shear stress)을 측정하였다.
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