第三讲 专用化学数据库的设计与建立

姚建华 李玉玲 王海燕 徐雯丽 蒋舒仰 胡 静 李靖靖

1中国科学院能量调控材料重点实验室，中国科学院上海有机化学研究所（上海 200032）

2郑州工程技术学院 （河南郑州 450044）

在第二讲“化学数据库系统的设计策略”中，介绍了化学数据库系统的设计策略。在本期讲座中，将介绍如何利用化学数据库管理系统ISIS/BASE（MDL信息系统有限公司的产品，目前该公司已并入其他公司。）[1]和CISOC-ChIMS[2]分别建立专用的数据库系统——防腐剂数据库和农药代谢数据库。

1 防腐剂数据库

传统的物理防腐方法在延长食品保存期限方面已不能满足当今人们生活的需求[3]，在食品生产过程中使用各种加工助剂的食品防腐方法使操作更简单、成本更低、保质期也更长，食品防腐剂的使用从而在食品行业中迅速发展。

食品防腐剂[4]是一类具有抑制微生物生长、延长食品保存期作用的食品添加剂。从本质上讲，它们是具有能抑制微生物活动，防止食品腐败变质功能的化合物，能够提高食品保存性和延长食品食用价值。目前，食品工业中大量使用的防腐剂是一类专用化学品，具有成本低、使用方便、效果好等优点，但过量使用对人体也有一定的伤害。在国标《食品添加剂使用卫生标准》（GB 2760—2014）中，明确标注了食品防腐剂允许使用量。

使用ISIS/BASE数据库管理系统建立防腐剂数据库的工作流程如图1所示。

图1 建立防腐剂数据库的工作流程（ISIS/BASE）

1.1 数据采集、整理

从GB 2760—2014中提取出防腐剂的名称信息，根据化合物名称，从商业化学数据库中获得对应的化学结构及其相关信息。

1.2 数据库结构定义

根据国标GB 2760—2014中的信息特征，定义防腐剂数据库的数据结构。该数据库的数据域有22个，主要包含防腐剂的化学结构、名称、使用规则、毒性（实验和预测结果）等信息，详细的数据域名与定义列于表1。

根据表1中的数据域定义，在ISIS/BASE软件运行环境中，逐个输入数据域名称和数据类型。数据域定义界面如图2所示。在Field Name栏，输入数据域名称；在Type栏，选择ISIS/BASE系统提供的数据类型；按Add键。这3个操作完成了一个数据域定义工作。重复这3步操作，直至完成所有数据域的定义。

1.3 数据库数据录入

在ISIS/BASE运行时，使用已定义好数据结构的数据库，选择“UPDATE”状态。其中，数据域ID的数据由系统自动生成，其他数据域需录入对应的数据。数据录入界面如图3所示。

表1 防腐剂数据库数据域

图2 数据可数据结构定义界面

图3 数据录入界面

1.4 数据校对

校对已录入数据库中的数据，以保证数据库中数据的正确性。

完成以上四部分工作，含有40个防腐剂数据的数据库便构建完成。每个数据域都可作为提问信息的查询入口，可获得对应的检索结果。图4是防腐剂数据库第40条记录的数据界面。

图4 数据库中的数据显示界面

图4中的信息显示，这个防腐剂的中文名称是乙氧基喹，CAS号为 91-53-2，CNS号为 17.010，国际系统编号和FEMA都没有对应的编号。急性毒性的实验值是2420 mg/kg，属低毒；AMES实验值是阴性；致癌毒性没有实验报道。急性毒性的预测值是4.46，属低毒；AMES预测值是阴性；致癌毒性预测值是阳性。

2 农药代谢数据库

农药是指用于预防、控制危害农业、林业的病、虫、草、鼠和其他有害生物以及有目的地调节植物、昆虫生长的化学合成或者来源于生物、其他天然物质的一种物质或者几种物质的混合物及其制剂[5]。

农药用于治理农业生产中的病虫害。在实际使用时，农药将有一部分留存于土壤、水源、大气以及农作物中。这些农药将因受到阳光、温度和微生物的影响而发生变化，由于这些变化，原来的农药会变成其他的化学品。农药的变化过程被称为农药的代谢过程，而代谢过程实际上是一个化学反应过程。

农药代谢数据库是收录农药及对应的代谢过程信息，并具有对应检索功能的数据库系统。

用CISOC-ChIMS系统建立农药代谢数据库的工作流程比用ISIS/BASE简单，不需要定义数据库的数据结构，具体流程如图5所示。

图5 建立农药代谢数据库的工作流程（CISOC-ChIMS）

2.1 数据采集、整理

从文献和手册中提取出农药的代谢信息，并整合成一张代谢过程图。

2.2 数据库数据录入

在CISOC-ChIMS运行时，输入相关的数据。数据录入界面如图6所示。数据录入步骤：（1）在记录添加区域添加一条记录；（2）双击该添加的记录，即可在数据输入区域输入数据。输入方式与word文档的数据输入相同。

图6 添加记录和录入数据界面

2.3 数据校对

校对已录入数据库中的数据，以保证数据库中数据的正确性。采用CISOC-ChIMS系统建立农药代谢数据库具有文本和化学结构检索功能，该系统的中文处理性能比ISIS/BASE更好。

3 结论

在本期讲座中，主要介绍了分别用ISIS/BASE和CISOC-ChIMS系统建立防腐剂数据库和农药代谢数据库的工作流程，两个数据库系统都具有化学结构检索和文字检索功能。ISIS/BASE管理系统适用于建立数据域明确的数据库，CISOC-ChIMS数据库系统适用于建立中文信息较多的化学数据库。