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钙元素的缺乏容易引起多种疾病,儿童钙缺乏会引起生长发育缓慢等疾病,成人钙缺乏会导致骨质疏松和骨折等。促使机体钙质缺乏的主要因素有两个,一是机体内钙质的量不足;另一个是人体内骨胶原含量不足,使摄入到体内的钙无法被固定。因此,补充矿物元素钙和补充骨胶原同等重要。目前,国内市场补钙制剂从钙源组成进行分类包括:无机钙和有机酸钙,它们是通过人体内维生素D的诱导和胃部的酸化从而被机体吸收。两类钙制剂都存在生物利用度低、有副作用、与体内元素之间容易出现拮抗作用等缺陷。因此,开发一种新型补钙制剂非常必要。胶原多肽生物钙制剂可以为人体提供钙源,且钙吸收和利用过程不依赖维生素D的诱导,富含的多肽能够促进人体内的骨胶原的形成。本论文以猪皮明胶为原料制备胶原多肽,对猪皮胶原多肽增加骨密度作用机制及其对骨生物力学性质影响进行了研究。1.采用凯氏定氮法测定食品级猪皮明胶中蛋白质含量,发现所选用的猪皮明胶蛋白质含量较高,粗蛋白含量占90.75%。使用全自动氨基酸分析仪对猪皮明胶的氨基酸成分进行了分析,结果显示猪皮明胶中含有16种氨基酸。2.本论文选取碱性蛋白酶、胃蛋白酶、酸性蛋白酶等三种酶优化单酶酶解猪皮明胶工艺,并选取胃蛋白酶和酸性蛋白酶优化双酶体系的猪皮明胶酶解工艺,优化后猪皮明胶最佳酶解条件为A2B3C1D2,即酸性蛋白酶酶解温度50℃,酶解溶液p H6.0,胃蛋白酶酶解温度45℃,酶解溶液p H3.0,在此条件下猪皮明胶水解度为17.56%。聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）试验表明,双酶体系酶解猪皮明胶产物中分子量小于5KDa组分含量的相对比率高于碱性蛋白酶酶解产物、胃蛋白酶酶解产物和酸性蛋白酶酶解产物。3.以胶原多肽和葡萄糖酸钙为原料,以多肽螯合钙（CP-Ca）螯合率为指标,对CP-Ca螯合工艺条件进行优化。在最优螯合反应条件下,CP-Ca的螯合率为78.3%。采用紫外光谱、红外光谱、X衍射、扫描电镜等手段,对制备的CP-Ca的结构进行了分析和表征,结果表明多肽与钙形成了螯合物,且多肽的羧基和氨基都和Ca2+发生了螯合反应。4.以L-羟脯氨酸（L-Hyp）和葡萄糖酸钙为原料螯合制备羟脯氨酸螯合钙（L-Hyp-Ca）,经条件优化后L-Hyp-Ca螯合率为79.5%。采用紫外光谱、红外光谱、X衍射、扫描电镜、重量分析、元素分析等分析方法对L-Hyp-Ca螯合物的结构和组成进行分析和表征。通过表征分析发现,Ca与L-Hyp中的羧基和亚氨基发生配位,经反应得到的L-Hyp-Ca配位比为1:2,推断其分子式为Ca（C5H8NO3）2。5.考察了CP-Ca和L-Hyp-Ca的生物活性,CP-Ca和L-Hyp-Ca对DPPH·、·OH和O2-·均有一定的清除作用,说明这两种螯合钙具有一定的抗氧化性。促钙吸收转运试验表明:CP-Ca与L-Hyp-Ca均能够有效提高Caco-2细胞对钙的转运率。体外模拟消化试验研究发现,模拟胃消化环境中,CP-Ca与L-Hyp-Ca被水解释放出部分钙离子,钙以游离态的形式存在;在模拟肠消化环境中,p H值升高,部分钙离子与多肽和氨基酸再次螯合,CP-Ca、L-Hyp-Ca和钙离子之间为动态平衡过程,一部分钙以离子状态直接被肠道吸收,另一部分钙则以CP-Ca和L-Hyp-Ca分子形式被肠道吸收。细胞存活率试验表明:CP-Ca与L-Hyp-Ca对细胞无毒副作用,具有较好的安全性。6.以猪皮明胶（PG）、猪皮明胶水解物（PGH）、胶原多肽（CP）为原料,以断乳雌性SD大鼠为模型,评价了各组分增加大鼠骨密度的作用。试验过程中,每周测定大鼠的体重和身长,灌胃第4周做3d钙代谢试验。测定大鼠血钙（S-Ca）、血磷（S-P）含量、碱性磷酸酶（ALP）活性、大鼠骨密度（BMD）和骨钙含量,并对大鼠股骨进行扫描电镜（SEM）分析。结果显示,PG、PGH、CP-1（M>5KDa）和CP-2（M<5KDa）可以促使大鼠体重增加,促使大鼠骨质增长,降低大鼠ALP活性,能够增加大鼠的钙表观吸收率,具有增加动物体内钙吸收的作用。CP-2+Ca CO3组降低大鼠ALP活性效果较为明显,与对照组比较使其降低了40.37%。CP-2具备促进大鼠骨生长和发育的作用,且其作用较其它组分明显。7.以断乳雌性SD大鼠为模型,评价了CP-Ca增加大鼠骨密度作用。试验过程中,每周测定大鼠的体重和身长,灌胃第4周做3d钙代谢试验。测定大鼠血钙（S-Ca）、血磷（S-P）含量、碱性磷酸酶（ALP）活性、大鼠骨密度（BMD）和骨钙含量,并对大鼠股骨进行扫描电镜（SEM）分析。结果显示,中剂量组CP-Ca、高剂量组CP-Ca和高剂量组CP+Ca CO3可以显著促进大鼠增重发育（p<0.05）,降低ALP活性（p<0.05）,增加骨密度（BMD）（p<0.05）。各剂量组CP-Ca和CP+Ca CO3钙表观吸收率分别高于对应Ca CO3组。高剂量组CP-Ca与对照组比较,高剂量组CP-Ca使大鼠体重增加99.92%,大鼠ALP活性降低48.66%,大鼠BMD增高15.06%,大鼠骨钙含量增高18.47%,CP-Ca具有良好的促进大鼠生长发育、骨生长、骨钙沉积的作用。CP-Ca和CP+Ca CO3能够预防和改善大鼠因长期钙摄入不足引起的骨质疏松症。高剂量组CP-Ca使大鼠股骨硬度、最大载荷、吸收能量、最大应力和弹性模量等骨结构力学特性指标分别提高14.27%、8.17%、17.91%、14.43%、12.10%,CP和Ca2+在大鼠饲养过程中同时添加具备增加大鼠骨生物力学强度的作用。8.大鼠摄入钙元素后,主要通过肠道进行吸收,少量钙通过胃吸收,还有一部分（35%）未吸收的钙直接以粪便的形式排出体外。吸收后的钙通过主动运输和被动扩散途径进入大鼠血液和细胞间液,然后一部分被输送到全身各软组织和细胞中,一部分运输到骨组织中并在骨组织中沉积,一部分（25%）通过肾脏代谢和肾小球过滤而排出体外。通过大鼠体内钙运输路径分析发现,大鼠钙吸收的作用靶点为大鼠肠组织,大鼠体内钙运输介质靶点主要为大鼠血液,大鼠钙沉积靶点主要为大鼠骨组织,大鼠心脏、肝脏、脾脏、大脑等组织也有少量的钙沉积。