第三講 專用化學數據庫的設計與建立

姚建華 李玉玲 王海燕 徐雯麗 蔣舒仰 胡 靜 李靖靖

1中國科學院能量調控材料重點實驗室，中國科學院上海有機化學研究所（上海 200032）

2鄭州工程技術學院 （河南鄭州 450044）

在第二講“化學數據庫系統的設計策略”中，介紹了化學數據庫系統的設計策略。在本期講座中，將介紹如何利用化學數據庫管理系統ISIS/BASE（MDL信息系統有限公司的產品，目前該公司已并入其他公司。）[1]和CISOC-ChIMS[2]分別建立專用的數據庫系統——防腐劑數據庫和農藥代謝數據庫。

1 防腐劑數據庫

傳統的物理防腐方法在延長食品保存期限方面已不能滿足當今人們生活的需求[3]，在食品生產過程中使用各種加工助劑的食品防腐方法使操作更簡單、成本更低、保質期也更長，食品防腐劑的使用從而在食品行業中迅速發展。

食品防腐劑[4]是一類具有抑制微生物生長、延長食品保存期作用的食品添加劑。從本質上講，它們是具有能抑制微生物活動，防止食品腐敗變質功能的化合物，能夠提高食品保存性和延長食品食用價值。目前，食品工業中大量使用的防腐劑是一類專用化學品，具有成本低、使用方便、效果好等優點，但過量使用對人體也有一定的傷害。在國標《食品添加劑使用衛生標準》（GB 2760—2014）中，明確標注了食品防腐劑允許使用量。

使用ISIS/BASE數據庫管理系統建立防腐劑數據庫的工作流程如圖1所示。

圖1 建立防腐劑數據庫的工作流程（ISIS/BASE）

1.1 數據采集、整理

從GB 2760—2014中提取出防腐劑的名稱信息，根據化合物名稱，從商業化學數據庫中獲得對應的化學結構及其相關信息。

1.2 數據庫結構定義

根據國標GB 2760—2014中的信息特征，定義防腐劑數據庫的數據結構。該數據庫的數據域有22個，主要包含防腐劑的化學結構、名稱、使用規則、毒性（實驗和預測結果）等信息，詳細的數據域名與定義列于表1。

根據表1中的數據域定義，在ISIS/BASE軟件運行環境中，逐個輸入數據域名稱和數據類型。數據域定義界面如圖2所示。在Field Name欄，輸入數據域名稱；在Type欄，選擇ISIS/BASE系統提供的數據類型；按Add鍵。這3個操作完成了一個數據域定義工作。重復這3步操作，直至完成所有數據域的定義。

1.3 數據庫數據錄入

在ISIS/BASE運行時，使用已定義好數據結構的數據庫，選擇“UPDATE”狀態。其中，數據域ID的數據由系統自動生成，其他數據域需錄入對應的數據。數據錄入界面如圖3所示。

表1 防腐劑數據庫數據域

圖2 數據可數據結構定義界面

圖3 數據錄入界面

1.4 數據校對

校對已錄入數據庫中的數據，以保證數據庫中數據的正確性。

完成以上四部分工作，含有40個防腐劑數據的數據庫便構建完成。每個數據域都可作為提問信息的查詢入口，可獲得對應的檢索結果。圖4是防腐劑數據庫第40條記錄的數據界面。

圖4 數據庫中的數據顯示界面

圖4中的信息顯示，這個防腐劑的中文名稱是乙氧基喹，CAS號為 91-53-2，CNS號為 17.010，國際系統編號和FEMA都沒有對應的編號。急性毒性的實驗值是2420 mg/kg，屬低毒；AMES實驗值是陰性；致癌毒性沒有實驗報道。急性毒性的預測值是4.46，屬低毒；AMES預測值是陰性；致癌毒性預測值是陽性。

2 農藥代謝數據庫

農藥是指用于預防、控制危害農業、林業的病、蟲、草、鼠和其他有害生物以及有目的地調節植物、昆蟲生長的化學合成或者來源于生物、其他天然物質的一種物質或者幾種物質的混合物及其制劑[5]。

農藥用于治理農業生產中的病蟲害。在實際使用時，農藥將有一部分留存于土壤、水源、大氣以及農作物中。這些農藥將因受到陽光、溫度和微生物的影響而發生變化，由于這些變化，原來的農藥會變成其他的化學品。農藥的變化過程被稱為農藥的代謝過程，而代謝過程實際上是一個化學反應過程。

農藥代謝數據庫是收錄農藥及對應的代謝過程信息，并具有對應檢索功能的數據庫系統。

用CISOC-ChIMS系統建立農藥代謝數據庫的工作流程比用ISIS/BASE簡單，不需要定義數據庫的數據結構，具體流程如圖5所示。

圖5 建立農藥代謝數據庫的工作流程（CISOC-ChIMS）

2.1 數據采集、整理

從文獻和手冊中提取出農藥的代謝信息，并整合成一張代謝過程圖。

2.2 數據庫數據錄入

在CISOC-ChIMS運行時，輸入相關的數據。數據錄入界面如圖6所示。數據錄入步驟：（1）在記錄添加區域添加一條記錄；（2）雙擊該添加的記錄，即可在數據輸入區域輸入數據。輸入方式與word文檔的數據輸入相同。

圖6 添加記錄和錄入數據界面

2.3 數據校對

校對已錄入數據庫中的數據，以保證數據庫中數據的正確性。采用CISOC-ChIMS系統建立農藥代謝數據庫具有文本和化學結構檢索功能，該系統的中文處理性能比ISIS/BASE更好。

3 結論

在本期講座中，主要介紹了分別用ISIS/BASE和CISOC-ChIMS系統建立防腐劑數據庫和農藥代謝數據庫的工作流程，兩個數據庫系統都具有化學結構檢索和文字檢索功能。ISIS/BASE管理系統適用于建立數據域明確的數據庫，CISOC-ChIMS數據庫系統適用于建立中文信息較多的化學數據庫。