木質バイオマス加工・利用システム開発事業成果報告会（２０１７０３０７、日本教育会館）

平成28年度 「木質バイオマス加工・利用システム開発事業」
提案課題

竹資源のグリーンテクノロジーによる高度利用技術の開発
・環境に優しい技術
・廃棄物を少なくする技術
・省エネ技術・カスケード的な利用技術

国立研究開発法人森林総合研究所、日本かおり研究所㈱、大倉工業㈱1なぜ竹なのか？

国内における竹資源の現状と課題○ 全国で放置竹林の増加や里山林への竹の侵食等の問題が多発。管理竹林の減少。
→ 森林の公益的機能への影響○ 竹資源の有効利用を図るため様々な取管理竹林の減少組（主に直接利用技術の開発）が進められてきたが、開発製品の消費ニーズ欠如や東南アジア等からの低価格竹製品の輸入等の問題により、現状では竹の利用は限定的。
○ これまでには無い「画期的な活用方法」の開発が望まれている！
◇ 山村地域内での一貫作業（伐採・搬出～製造）が可能で、かつ地域へ利益が還元されるような利用技術 →【竹の高付加価値化（機能性成分として）】管理竹林放置竹林

拡大竹林2

研究開発の概要

マイクロ波発⽣装置

マイクロ波発⽣装置

世界に先駆けて開発した方法*「減圧式マイクロ波水蒸気蒸留法」

冷却塔

真空調節弁

粉砕

真空ポンプ

⽵粉砕物
抽出液

抽出液

抽出残渣

抽出残渣

抽出残渣

（直接利用）（セルロースナノファイバーとして）高機能性抽出液（抗菌・抗ウイルス性）

消臭ボード類

工業用フィルム
残渣の微粉砕化→機能性フィルム

機能性塗料

消毒剤
除菌ウエットシート

マイクロ波処理技術（グリーンテクノロジー（環境に優しい技術））を起点とした総合利用本年度の事業内容（概要）Ⅰ．抽出装置の機能強化による抽出効率の改善⇒抽出コストの低減（時間の短縮）
Ⅱ．抽出液の利用法開発〇製造方法の確立⇒原料特性（採取時期等）、最適な抽出条件〇高度な利用法の開発⇒香りの利用法開発：自律神経系調節作用、香り成分の精密分析⇒香り（嗜好性）の改善：他の香り成分との混合効果等⇒抗炎症活性
Ⅲ．抽出残渣の利用法の開発○ＰＢの製造実証⇒実際の製造ラインを用いて製造したＰＢの評価⇒消臭性ＰＢの製造、機能性の評価○パウダー化、ペースト化⇒微粉砕（乾式、湿式）した残渣の消臭性等の評価○CNFの利用⇒CNF添加ボードの製造と強度の評価 →性能の向上

Ⅰ 抽出装置の改良と最適な抽出条件の確立

・マイクロ波出力増強（９kW → 12kW）
・真空系の増強
12分⇒3分 に短縮（所定の減圧度に到達する時間）改良した装置原料：30kg

抽出残渣：20kg（含水率：41%)（含水率：28%)

ﾏｲｸﾛ波
照射ﾊﾟﾜｰ

抽出液
回収量(L)

抽出時間(min)

9kw

7.8

62

12kw

9.053

大量抽出の際の作業効率が大幅に向上

Ⅱ竹稈抽出液の利用法の開発
竹試料採取：春抽出液の抗菌活性表 竹稈抽出液の保存効力試験の結果
試験菌

Escherichia coli（大腸菌）Pseudomonas aeruginosa（緑膿菌）
Staphylococus aureus subsp. aureus（黄色ブドウ球菌）

生菌数( /mL)開始時
14日後
28日後
6.2×105<10<104.8×105<10<107.0×105<10<10<10 : 検出せず

表 竹枝葉抽出液の保存効力試験の結果
試験菌

Escherichia coli（大腸菌）Pseudomonas aeruginosa（緑膿菌）
Staphylococus aureus subsp. aureus（黄色ブドウ球菌）

生菌数( /mL)
開始時
14日後
28日後
4.4×105<10<103.0×105<10<102.2×105<10<10<10 : 検出せず
→ 抽出液は抗菌活性あり

有望な抗菌剤6Ⅱ竹稈抽出液の利用法の開発

デンプン量に関しては、塩田ら（2012）の報告を基に作図

510

抗菌性高い

948736524312100
春

夏

生菌数の対数値

秋冬

デンプン量（％）

図 竹（稈）抽出液の抗菌性と含有デンプン量の季節変動（抗菌性に関してはH27~28年の2年間の集計）

冬から春に採取した抽出水の抗菌活性が高い（緑膿菌、黄色ブドウ球菌でも似た傾向）→ 冬から春に含有デンプン量が増加するため、菌への防御の対策？

デンプン量（％）

log（28日後の生菌数）

開始時の⽣菌数：7.0×105

Ⅱ竹稈抽出液の利用法の開発⇒香りを活かす新たな利用法の開発

自律神経系調節作用の測定

交感神経と副交感神経が各々興奮すると何が起こるか？

白色脂肪褐色脂肪膵臓
副腎
肝臓ﾌｧｰｽﾄｽｸﾘｰﾆﾝｸﾞ

腎臓
胃・腸
食欲
皮膚㈱ＡＮＢＡＳ測定

免疫組織（脾臓）交感神経興奮副交感神経興奮（副交感神経活動低下） （交感神経活動低下）
脂肪合成
脂肪分解
（脂肪分解減少）
熱産生（消費）
ｲﾝｽ ﾘﾝ分泌減少
ｲﾝｽ ﾘﾝ分泌増加
血圧上昇、血糖上昇
グリコーゲン分解、糖新 グリコーゲン合成、解糖（糖の利用）
生
血圧上昇
消化・吸収能低下
消化・吸収能上昇
二次的に減退二次的に増加血流低下
血流上昇（皮膚への酸素と栄養素 （皮膚への酸素と栄の供給減少）
養素の供給上昇）
免疫能低下
免疫能上昇
（N K活性低下）（N K活性上昇）
永井克也、臨床栄養、１０９（１）、１－１０（２００６）

・竹稈抽出液の香りの自律神経系調節作用試験
ラットに竹抽出液の香りを嗅がせ、交感神経活動への影響を評価
120

交感神経活動（％）

100

水（対照）
80

1/10希釈60

原液

交感神経活動が抑制

40→ 竹抽出液の香りにより血圧の低下が⽣じ、それに伴うリラックス効果が期待できる

20

0010

2030time (min)405060竹抽出液香り成分の網羅的解析（GC×GC-TOFMS）

通常のシングルGCでは分離が困難な共溶出した成分の正確な分離が
可能であり、100種以上の成分を同定
抽出液組成の網羅的な把握

1st column（→）: DB-5MS, 30m×0.25mm I.D.
2nd column（↑）: SupercoWAX, 1.2m×0.1mm I.D.
10

竹稈抽出液中の香りに関与する成分：
モノテルペン類：

カルボニル類：

リモネン、酢酸ボルニル、
カンフェン

セスキテルペン類：
ネロリドール、セドロール

酢酸、ノナナール

フェノール類：
サリチル酸メチル
オイゲノール

他８００種の物質を検出

含窒素化合物：インドール

Ⅱ竹稈抽出液の利用法の開発【竹稈抽出液の抗炎症効果（ラットカラゲニン浮腫抑制試験）】●竹稈抽出液（100%および50％液)、竹稈抽出液/トドマツ抽出水=１：１混合液について、ラットの浮腫抑制効果を測定した。
（結果）竹稈抽出液100％および、竹稈抽出液・トドマツ抽出水混合液については、統計学的な有意差は認められないが、Control群と比較して浮腫抑制傾向が確認された。

Ⅲ竹稈抽出残渣の利用法の開発
パーティクルボード（ＰＢ）量産適用による再現性の確認（実機実証試験）

木材リサイクルチップと竹抽出残渣を10wt%配合し,量産機でPB（厚み15㎜のJIS曲げ強さ区分の13タイプ）を製造、品質評価。
小型破砕機でチップ化 ⇒ マイクロ波抽出 ⇒ 抽出残渣 ⇒リサイクルチップと混合 ⇒ ＰＢ原料チップ→２ｔの竹チップの抽出処理を実施

連続した生産プロセスへ投入
原料チップの製造プロセス

➤

小型破砕機

➤竹チップ

➤抽出処理

原料チップ化13

1.量産適用による再現性の確認
1) 物性の確認③ 吸水厚さ膨張率（12％以下）④ 木ねじ保持⼒（400N以上）
800

64
ブランク

2

竹配合

0600

✓ＰＢのＪＩＳ規格クリアー

400
ブランク

200

竹配合

✓従来品と同等の強度

0640

660

680

700

密度（kg/㎥）

・ブランク品の近似線上にあり、ほぼ同等の性能
・JISの規定性能は⼗分満⾜・実験室試作の再現性あり（13タイプ）

640

650

660

670

密度（kg/㎥）

680

690

・ブランク品を若⼲下回るが、ほぼ同等・JISの規定性能は⼗分満⾜
・実験室試作で確認した

1) 物性の確認③ 吸水厚さ膨張率（12％以下）④ 木ねじ保持⼒（400N以上）

8膨張率（%）

620800

保持⼒（N）

保持⼒（N）

膨張率（%）

864ブランク

2

竹配合

0600
400
ブランク

200

竹配合

0620

640660680700

密度（kg/㎥）

・ブランク品の近似線上にあり、ほぼ同等の性能
・JISの規定性能は⼗分満⾜
・実験室試作の再現性あり（13タイプ）

640

650

660

670

密度（kg/㎥）

680

690

・ブランク品を若⼲下回るが、ほぼ同等
・JISの規定性能は⼗分満⾜
・実験室試作で確認した

14

◎量産適用による再現性の確認
竹残渣を10wt％配合したパーティクルボード⇒日本工業規格JISA5908をクリアー＊実験室で試作した場合に確認できた
木ねじ保持⼒の品質向上ついては、明確な効果は発現しなかった

曲げ強度の低い13タイプでは、竹残渣利用の特長が得られにくい竹材の柔細胞の摩砕されやすさによって、実験室にはない木質チップを準備する「異物除去、切削、乾燥の各工程及び搬送」で

竹残渣由来のフレーク形状が基準よりも小さくなっている✓抽出残渣のパーティクルボードへ適用は可能✓通常製品への抽出残渣適用の規格化が必要【改善点】特長を得るには、より曲げ強度が求められる18タイプでの活用の可能性、製造工程で摩砕されない方法の確立等が重要。
15

Ⅲ竹稈抽出残渣の利用法の開発◎CNFを用いた機能性ボードの開発●PB製造用接着剤（MDI（エマルジョン））にCNFを混合して、PBを試作したが、機能性向上は確認できなかった。
・ 接着剤が増粘し、接着剤の塗布ムラの発⽣？
・ MDIとCNFが優先的に結合し、MDIとフレークとの接着⼒が低下？

⇒MDIとCNFを別々に塗工塗工順序（MDI⇒CNFとCNF⇒MDI）の検討

ブレンダーで撹拌しながら、エアレススプレーにて塗工する

塗工順序
表層用フレーク

MDIを先に塗工する場合
MDI

CNF

CNF

MDI

CNFを先に塗工する場合

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◎CNFを用いた機能性ボードの開発
試験方法
・竹パルプの作製（森林総合研究所にて実施）
原料：香川県三豊市産モウソウチクの抽出残渣チップ
処理：アルカリ蒸解+漂白（次亜塩素酸）・竹CNFの作製（㈱スギノマシンに加工委託）
CNF製造装置：超高圧ウォータージェット加工装置（大型機）〇濃度5.1％の竹CNFを作製。
市販CNF（広葉樹）と同じ製法 ← 比較のため・CNF添加PBの試作○異なる塗工順序によるボード性能の比較
・評価方法
曲げ強度にて評価

17

◎CNFを用いた機能性ボードの開発
CNF添加量と曲げ強度の関係
曲げ強度（N/mm2）40

数⼗%強度向上MDI⇒CNF

30（密度0.9）
MDI⇒CNF

20（密度0.7）
CNF⇒MDI

10（密度0.9）
CNF⇒MDI

001234（密度0.7）

CNF添加量（wt％）

MDI⇒CNFの順に塗工 ⇒ 数十%曲げ強度が向上した⇒ 竹由来ＣＮＦ添加のボード強度 ≅ 木材由来ＣＮＦ添加のボード強度
18◎CNFを用いた機能性ボードの開発●考察・塗工順序（CNF⇒MDI）

フレーク

赤線はCNFをイメージ
青線はMDIをイメージ
CNFは木質フレークに取り込まれ、フレーク接着はMDIのみ作用・塗工順序（MDI⇒CNF）
フレーク表面にMDIが覆われ、フレークと木材との接着MDIとCNFが架橋される

MDIを先に塗工することにより、木質フレークとの接着⼒は保った
まま、接着層がより強固になったと推測する。
破断面観察等により、結合メカニズムの解析を進める予定。
19

Ⅲ竹稈抽出残渣の利用法の開発
竹稈残渣の微粉砕末の消臭機能の評価

・微粉砕末の調製

乾式ミリング法（乾式微粉末）
湿式ミリング法（湿式微粉末）（ペースト化）

乾式微粉末

・対照試料：未粉砕残渣
100
除去率（ イ ソ 吉草酸） （ ％）除去率（ ア ン モ ニア ） （ ％）

100

湿式微粉末

9590

乾式微粉末
湿式微粉末

85

未粉砕残渣808060乾式微粉末
40

湿式微粉末

20

未粉砕残渣

00500

1000

1500

経過時間

アンモニアに対する効果
⇒

2000

0500

1000

1500

2000

経過時間

イソ吉草酸に対する効果

湿式微粉末はイソ吉草酸等に対し優れた除去効果を示した

ペースト状の微粉末を他材料の表面に塗布し、薄膜を形成することが可能⇒

消臭材料として居住空間での利用価値が大きい

今後の課題

竹由来の機能性素材（抽出液、抽出残渣）の１．製造コスト（伐採、収集、運搬等を含む）の低減
２．使用目的に応じた製造スケジュールの確立

３．利用分野の拡大

参考資料

昨年度報告Ⅱ 抽出液の利用法の開発

竹棹、枝葉抽出液のインフルエンザウイルス不活化能
竹試料採取：春

作用時間（分）サンプル
0分(初期感染価）

３０分後

コントロール*

3.5×107

7.4 × 106竹棹

1.4×105< 6.3 ×100

竹枝葉

3.5×107

6.3 ×102

評価ウイルス：A型インフルエンザウイルス
感染価の単位：TCID50/mL
検出下限値：6.3TCID50/mL* : PBS（リン酸緩衝生理食塩水）** : 計算式 log10（初期感染価 / 作用時間(30分)後の感染価）

ウイルス感染価対数減少値**

0.3> 4.34.7●効果判定の目安
・米国EPA基準（市販消毒剤）*⇒ 対数減少値 4・市販消毒剤**→宿主細胞（イヌ腎細胞）に対しては細胞毒性無→ 竹抽出液の活性は市販品と比べると同等かそれ以上有望な消毒資材⇒ 対数減少値 3〜4*Antiicrobials Division U.S.EPA,
Confirmatory virusidal effectiveness test**例えば,日本化学療法学会雑誌,2005
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