第三講 專用化學(xué)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)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(xué)院能量調(diào)控材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所（上海 200032）

2鄭州工程技術(shù)學(xué)院 （河南鄭州 450044）

在第二講“化學(xué)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)策略”中，介紹了化學(xué)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)策略。在本期講座中，將介紹如何利用化學(xué)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)ISIS/BASE（MDL信息系統(tǒng)有限公司的產(chǎn)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(shù)據(jù)庫系統(tǒng)——防腐劑數(shù)據(jù)庫和農(nóng)藥代謝數(shù)據(jù)庫。

1 防腐劑數(shù)據(jù)庫

傳統(tǒng)的物理防腐方法在延長食品保存期限方面已不能滿足當(dāng)今人們生活的需求[3]，在食品生產(chǎn)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(zhì)期也更長，食品防腐劑的使用從而在食品行業(yè)中迅速發(fā)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(zhì)上講，它們是具有能抑制微生物活動(dòng)，防止食品腐敗變質(zhì)功能的化合物，能夠提高食品保存性和延長食品食用價(jià)值。目前，食品工業(yè)中大量使用的防腐劑是一類專用化學(xué)品，具有成本低、使用方便、效果好等優(yōu)點(diǎn)，但過量使用對人體也有一定的傷害。在國標(biāo)《食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 2760—2014）中，明確標(biāo)注了食品防腐劑允許使用量。

使用ISIS/BASE數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)建立防腐劑數(shù)據(jù)庫的工作流程如圖1所示。

圖1 建立防腐劑數(shù)據(jù)庫的工作流程（ISIS/BASE）

1.1 數(shù)據(jù)采集、整理

從GB 2760—2014中提取出防腐劑的名稱信息，根據(jù)化合物名稱，從商業(yè)化學(xué)數(shù)據(jù)庫中獲得對應(yīng)的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其相關(guān)信息。

1.2 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)定義

根據(jù)國標(biāo)GB 2760—2014中的信息特征，定義防腐劑數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。該數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)域有22個(gè)，主要包含防腐劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)、名稱、使用規(guī)則、毒性（實(shí)驗(yàn)和預(yù)測結(jié)果）等信息，詳細(xì)的數(shù)據(jù)域名與定義列于表1。

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)域定義，在ISIS/BASE軟件運(yùn)行環(huán)境中，逐個(gè)輸入數(shù)據(jù)域名稱和數(shù)據(jù)類型。數(shù)據(jù)域定義界面如圖2所示。在Field Name欄，輸入數(shù)據(jù)域名稱；在Type欄，選擇ISIS/BASE系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)類型；按Add鍵。這3個(gè)操作完成了一個(gè)數(shù)據(jù)域定義工作。重復(fù)這3步操作，直至完成所有數(shù)據(jù)域的定義。

1.3 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)錄入

在ISIS/BASE運(yùn)行時(shí)，使用已定義好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫，選擇“UPDATE”狀態(tài)。其中，數(shù)據(jù)域ID的數(shù)據(jù)由系統(tǒng)自動(dòng)生成，其他數(shù)據(jù)域需錄入對應(yīng)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)錄入界面如圖3所示。

表1 防腐劑數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)域

圖2 數(shù)據(jù)可數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義界面

圖3 數(shù)據(jù)錄入界面

1.4 數(shù)據(jù)校對

校對已錄入數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，以保證數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的正確性。

完成以上四部分工作，含有40個(gè)防腐劑數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫便構(gòu)建完成。每個(gè)數(shù)據(jù)域都可作為提問信息的查詢?nèi)肟?，可獲得對應(yīng)的檢索結(jié)果。圖4是防腐劑數(shù)據(jù)庫第40條記錄的數(shù)據(jù)界面。

圖4 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)顯示界面

圖4中的信息顯示，這個(gè)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(tǒng)編號和FEMA都沒有對應(yīng)的編號。急性毒性的實(shí)驗(yàn)值是2420 mg/kg，屬低毒；AMES實(shí)驗(yàn)值是陰性；致癌毒性沒有實(shí)驗(yàn)報(bào)道。急性毒性的預(yù)測值是4.46，屬低毒；AMES預(yù)測值是陰性；致癌毒性預(yù)測值是陽性。

2 農(nóng)藥代謝數(shù)據(jù)庫

農(nóng)藥是指用于預(yù)防、控制危害農(nóng)業(yè)、林業(yè)的病、蟲、草、鼠和其他有害生物以及有目的地調(diào)節(jié)植物、昆蟲生長的化學(xué)合成或者來源于生物、其他天然物質(zhì)的一種物質(zhì)或者幾種物質(zhì)的混合物及其制劑[5]。

農(nóng)藥用于治理農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的病蟲害。在實(shí)際使用時(shí)，農(nóng)藥將有一部分留存于土壤、水源、大氣以及農(nóng)作物中。這些農(nóng)藥將因受到陽光、溫度和微生物的影響而發(fā)生變化，由于這些變化，原來的農(nóng)藥會(huì)變成其他的化學(xué)品。農(nóng)藥的變化過程被稱為農(nóng)藥的代謝過程，而代謝過程實(shí)際上是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過程。

農(nóng)藥代謝數(shù)據(jù)庫是收錄農(nóng)藥及對應(yīng)的代謝過程信息，并具有對應(yīng)檢索功能的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

用CISOC-ChIMS系統(tǒng)建立農(nóng)藥代謝數(shù)據(jù)庫的工作流程比用ISIS/BASE簡單，不需要定義數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，具體流程如圖5所示。

圖5 建立農(nóng)藥代謝數(shù)據(jù)庫的工作流程（CISOC-ChIMS）

2.1 數(shù)據(jù)采集、整理

從文獻(xiàn)和手冊中提取出農(nóng)藥的代謝信息，并整合成一張代謝過程圖。

2.2 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)錄入

在CISOC-ChIMS運(yùn)行時(shí)，輸入相關(guān)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)錄入界面如圖6所示。數(shù)據(jù)錄入步驟：（1）在記錄添加區(qū)域添加一條記錄；（2）雙擊該添加的記錄，即可在數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)域輸入數(shù)據(jù)。輸入方式與word文檔的數(shù)據(jù)輸入相同。

圖6 添加記錄和錄入數(shù)據(jù)界面

2.3 數(shù)據(jù)校對

校對已錄入數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，以保證數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的正確性。采用CISOC-ChIMS系統(tǒng)建立農(nóng)藥代謝數(shù)據(jù)庫具有文本和化學(xué)結(jié)構(gòu)檢索功能，該系統(tǒng)的中文處理性能比ISIS/BASE更好。

3 結(jié)論

在本期講座中，主要介紹了分別用ISIS/BASE和CISOC-ChIMS系統(tǒng)建立防腐劑數(shù)據(jù)庫和農(nóng)藥代謝數(shù)據(jù)庫的工作流程，兩個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都具有化學(xué)結(jié)構(gòu)檢索和文字檢索功能。ISIS/BASE管理系統(tǒng)適用于建立數(shù)據(jù)域明確的數(shù)據(jù)庫，CISOC-ChIMS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)適用于建立中文信息較多的化學(xué)數(shù)據(jù)庫。