[논문 리뷰] FlavorDB2: An Updated Database of Flavor Molecules

Nishant Grover, Mansi Goel외 5명|arXiv (Cornell University)|2022. 05. 10.

Advanced Chemical Sensor Technologies인용 수 7

한 줄 요약

FlavorDB2는 원래 FlavorDB를 확장한 사용자 우수한 데이터베이스로, 분자, 감각, 규제 및 사용 특성 등의 종합적이고 구조화된 데이터를 포함하여 총 25,595종의 풍미 화합물에 대해 제공한다. ID, 풍미 프로파일, 식품 카테고리, 규제 상태 및 합성 경로를 통한 고급 검색을 지원하여 계산 과학 요리학, 식품 쌍화 및 냄새 예측 등의 응용 분야를 뒷받침한다.

ABSTRACT

Flavor is expressed through interaction of molecules via gustatory and olfactory mechanisms. Knowing the utility of flavor molecules in food and fragrances, it is valuable to add a comprehensive repository of flavor compounds characterizing their flavor profile, chemical properties, regulatory status, consumption statistics, taste/aroma threshold values, reported uses in food categories, and synthesis. FlavorDB2 (https://cosylab.iiitd.edu.in/flavordb2/) is an updated database of flavor molecules with an user-friendly interface. This repository simplifies the search for flavor molecules, their attributes and offers a range of applications including food pairing. FlavorDB2 serves as a standard repository of flavor compounds.

연구 동기 및 목표

• 기본 화학적 신원을 넘어서 다차원적 데이터를 포함하는 중심화되고 구조화된 풍미 화합물 저장소를 구축하기 위해.
• 원래 FlavorDB의 격차를 보완하기 위해 맛/향기 임계값, 규제 상태 및 합성 방법과 같은 상세한 특성을 통합하기 위해.
• 통합된 '엔티티 공간'과 '분자 공간' 모델링을 통해 풍미 인지의 데이터 기반 탐색을 가능하게 하기 위해.
• 고급 검색 및 데이터 연결을 통해 식품 쌍화, 풍미 제형 개발 및 냄새 예측 응용 분야를 지원하기 위해.
• 연구자 및 식품 과학 및 계산 생물학 분야의 산업 전문가들이 자유롭게 접근하고 로그인 없이 이용할 수 있는 플랫폼 제공하기 위해.

제안 방법

• FooDB, Flavornet, BitterDB, SuperSweet, SuperScent 및 Fenaroli의 풍미 화합물 핸드북 등의 다양한 출처에서 수집한 데이터를 통합.
• 식품 성분 및 천연 원천을 포함한 '엔티티 공간'과 화학적 성질 및 감각 프로파일을 포함한 '분자 공간'을 결합한 이중 구조 데이터베이스 모델을 구현.
• 12개 이상의 식별자(CAS, FEMA, SMILES, IUPAC 등)와 논리 연산자(@는 AND, !는 OR)를 사용한 다중 속성 검색을 구현.
• 식품 카테고리, 규제 상태(IOFI/COE), 합성 경로(예: 에스터화)에 대한 고급 검색 기능을 통합.
• Django, MySQL, HTML/CSS/JS, jQuery, Bootstrap, D3.js 및 Google Charts를 사용하여 상호작용 가능한 시각화를 위한 웹 인터페이스 개발.
• 하루 한 화합물, 2D/3D 분자 시각화 및 주요 화합물의 ADMET 특성 예측 기능을 구현.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 종합적이고 구조화된 풍미 화합물 데이터베이스는 풍미 인지의 체계적 연구를 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 다양한 식별자와 속성 간의 풍미 화합물 검색 및 검색 메커니즘 중 가장 효과적인 것은 무엇인가?
• RQ3 통합된 분자 및 감각 데이터는 식품 쌍화 및 풍미 제형 개발에 얼마나 효과적으로 기여할 수 있는가?
• RQ4 화학적 및 사용 프로파일과 관련하여 규제 분류(예: 천연, 인공, 천연 동일)는 어떻게 관련이 있는가?
• RQ5 합성 경로 및 임계값 정보의 통합은 계산 과학 요리학의 예측 모델링을 향상시키는 데 기여하는가?

주요 결과

• FlavorDB2는 25,595종의 풍미 화합물, 936종의 성분 및 34개의 식품 카테고리를 포함하며, 원래 FlavorDB에 비해 확장된 속성을 제공한다.
• CAS, FEMA, SMILES, IUPAC 및 기능기능기 등 12개 이상의 식별자를 통한 검색을 지원하여 강력한 교차 참조가 가능하다.
• 향기 및 맛의 임계값이 화합물에 대해 제공되며, 예를 들어 알릴 헥산오에이트의 경우 맛 임계값: 0.0003 ppm, 향기 임계값: 0.000005 ppm (25°C에서 측정).
• 합성 경로가 문서화되어 있으며, 예를 들어 알릴 헥산오에이트는 황산 또는 나프탈렌-β-설폰산을 촉매로 사용하여 n-카프로산과 알릴 알코올의 에스터화 반응으로 합성된다.
• 합성 전구체를 통한 화합물 탐색이 가능하여 아세트산에서 유도된 풍미 화합물을 식별할 수 있다.
• FlavorDB2는 식품 카테고리 간의 화합물 쿼리 기능을 지원하며 농도 범위(예: 알릴 헥산오에이트는 알코올 음료에서 최대 1000 ppm 사용)를 제공한다.