大分県産業科学技術センター 平成１９年度 研究報告

生物劣化を抑制する加圧蒸気処理技術の開発（第２報）－ 各加圧蒸気処理ボードの食害抵抗性試験結果と成分変化－
小谷公人＊・古曳博也＊＊・山本幸雄＊・阿部 優＊＊＊・大内成司＊・玉造公男＊＊
西村 健＊＊＊＊＊

日田産業工芸試験所・＊＊地域資源担当・＊＊＊竹工芸･訓練支援センター 研究指導課＊＊＊＊

独立行政法人 森林総合研究所

Development of Pressurized Steaming Technologyfor Control of Bio-deterioration on Bamboo Materials(Ⅱ)

Kimito KOTANI＊・Hiroya KOHIKI＊＊・Yukio YAMAMOTO＊・Masaru ABE＊＊＊・Jouji OUCHI＊
Kimio TAMATUKURI＊＊・Takeshi NISHIMURA＊＊＊＊＊

Hita Industrial Art Research Division (OIRI)＊＊Regional Resource R&D Section (OIRI)＊＊＊Oita Bamboo Craft and Training Support Center＊＊＊＊

Forestry and Forest Products Research Institute (FFPRI)

要旨
各種加圧蒸気処理条件で製造した竹ボードの食害抑制効果を把握するとともに，加圧蒸気処理による成分変化について検討した．その結果，積層ボードでは，処理圧力(温度)が高く処理時間が長くなるほど，食害抑制効果が高い傾向を示した．パーティクルボードでは，無処理及び加圧蒸気処理ともに食害が認められなかった．また，加圧蒸気処理による成分変化は，有機酸の生成及び遊離糖の脱水によるアルデヒド類の生成が認められた．

1.

はじめに今回，各種加圧蒸気処理条件で製造した竹ボードの食

農林水産省の「先端技術を活用した農林水産研究高度害抑制効果を把握するとともに，加圧蒸気処理による成化事業」に森林総合研究所が中核機関となって提案した

分変化を糖，有機酸，アルデヒド類について検討したの｢地域の竹資源を活用した環境調節機能を持つ複合建築で報告する．

ボードの開発｣が平成18年に採択されたことを受けて，

2.

その研究課題として本研究に取り組むものである．
1)

2.1

前報 では，割竹状の竹材において，加圧蒸気処理条実験方法

供試材及び試験片

供試竹材は，３月伐採の大分県産モウソウチクと５月件とシンクイの食害抑制効果の関係を把握することを目的に，加圧蒸気処理した竹材の成虫食害試験及び食害の伐採の大分県産マダケ（Phyllostachys bambusoides）主要因とされるデンプン量の影響を調べた．その結果，の中からヨードで呈色したデンプン含有量の比較的高い常圧(100℃)の蒸気処理では，処理時間や食害試験法にものを選択して用いた．試験片は，各供試竹材の同一部関係なく，成虫の食害穿孔数及び重量減少率とも無処理位からの２枚を作製することとし，すなわち無処理材と同等であり，食害抑制効果は認められなかったが，(control)用１枚と処理用１枚を取り、割竹状（W 40×H

加圧蒸気処理では，処理圧力(温度)が高く処理時間が長8-12×L 120mm）に試験片を作製した．

くなるほど，無処理に比べ食害穿孔数及び重量減少率と無処理試験片は，に両端木口部をともに繊維方向(L)も明らかに減少し，成虫食害の抑制効果が高くなる傾向に約3mm削った後，さらに両端部約7mm分を各々切り取っを示したことを報告した．特に，0.7ＭPa(165℃)では，て，その一部を含水率測定および成分分析用とした．

処理時間30分で約50％，60分で約70％の重量減少抑制率

よって，食害試験用の無処理試験片の寸法は，W 40×Hを示し，チビタケナガシンクイ成虫の食害抑制効果が認

8-12×L 100mmとした．

められた．また，デンプン含有量(w%)は，加圧蒸気処理

2.2

加圧蒸気処理竹工芸・訓練支援センター 研究指導課に設置の加圧を行なっても無処理と同程度であり，処理圧力(温度)，蒸気処理装置を用いて，処理圧力0.3，0.5，0.7ＭPaで時間による含有量の変化も認められなかった．

24

大分県産業科学技術センター 平成１９年度 研究報告

処理を行い，到達雰囲気温度は各々約130，150，165℃

虫総数(頭)及び食害粉総重量(g)で評価することとした．

であった．処理時間を10，30，60分の３条件で処理を実

2.5

成分分析

成分分析は，各種加圧蒸気処理条件及び製造ボード等施した． 処理途中のドレン排気は行なわなかった．
各処理条件で処理された試験片は，無処理試験片と同から約2～3ｇを高速粉砕機で微粉化した試料を用いた．

様に両端部を切り取って作製し，８日間風乾後,無処理

糖，有機酸，ｐＨ分析は，1gの試料に10mlの蒸留水を試験片とともに7日間 25℃,70％RHの恒温恒湿器内で食加えた後24ｈ静沈してｐＨを測定した．その後，80℃浴害試験雰囲気と同一環境下で調湿した．

中で30分間加温抽出した後冷却し，遠心ろ過したものを

2.3

液体クロマトグラフにより，糖及び有機酸の定性及び定各種ボードの製造

2.3.1

積層ボード

量分析を行なった．

2.2の処理を行なったモウソウチク材を厚さ約５mmのアルデヒド類等の抽出成分の分析は，4gの試料に50％単板ラミナとして，そのラミナをイソシアネート系接着

エタノール40mlを加えて超音波振動攪拌し24ｈ静沈した剤で縦張りし積層ボードとした．

後，その上澄液をろ過しGC-MSにより，定性分析を行2.3.2なった．

パーティクル・ボード

3.

2.2の処理を行なったマダケ材を□10mmスリットのカッターミルで破砕し，そのエレメントを105℃で乾燥

3.1

後，フェノール系接着剤を用いて，含脂率10％，目標密3.1.1

度0.8ｇ/c㎥としパーティクル・ボードとした．(Fig.1)

結果及び考察各種ボードの食害抑制効果
積層ボード

Fig.1に無処理及び0.7MPa30分で加圧蒸気処理した積層ボード食害抵抗性試験材の小口面における食害穿孔痕の画像を示す．無処理材においては，特定のラミナに食害穿孔痕が集中していることがわかる．これは，積層ラミナのうち，シンクイが澱粉などの含有量が高いラミナに食害を集中する傾向を示すもので，積層フローリングが施工された現場で発生した食害事例と酷似していた．
0.7MPa30分処理のものは，分散した食害痕となり，その穿孔被害の深さも比較的浅いものであったことから，成虫が穿孔途中で他の部位に移動し食害していることを示すと考えられた．

Fig.1
2.4

カッターミル(左)と製造したボード試験材(右)Table.1に各種処理した積層ボードの食害抵抗性試験の結果を示す．成虫食害試験では，無処理の最大重量減

食害抵抗性試験

既報で実施した｢個別強制試験｣方法に準じた．つまり， 少率が2.9wt％を示したのに対し，0.3MPaで1.9，0.5MPaで0.8，0.7MPaで1.0wt％であったこと，内部食害試験に供試虫は，竹材の乾材害虫として代表的なチビタケナガ
シンクイ(Dinoderus minutus Fabricius ：以下シンクおいては試験途中ではあるが，幼虫食害によるものと思イと記す)であり，各試験片を単独として，この供試虫

われる平均重量減少率が無処理において増加傾向にある

数を１試験片あたり20頭として投入後，恒温恒湿器内にことなどから，積層ボードにおいても，加圧蒸気処理に28℃75％RHで設置し試験を開始した．

よるシンクイの食害抑制効果が高いことがわかる．幼虫

成虫食害試験は，28日間(4週間) を成虫食害期間とし， が羽化し次世代成虫として発生する期間まで試験を継続している．
この期間が経過した時点で食害穿孔数(個)及び試験片重3.1.2

量 (g)を測定し，平均食害穿孔数(個)及び重量減少率

パーティクルボード

Fig.3に無処理及び0.7MPa30分で加圧蒸気処理した(％)で評価した．
内部食害試験は，この成虫食害試験の測定後，各試験パーティクルボード食害抵抗性試験材の小口面における片に穿孔せず容器内に残存している供試虫を除き，さら食害穿孔痕の画像を示す．無処理及び加圧蒸気処理したに恒温恒湿環境下で幼虫となって内部食害する過程を観試験材ともに，穿孔痕として確認できる孔よりもかじっ察測定することとした．食害を評価する測定項目は，幼た程度の痕跡が多く，分散した食害痕となり，その穿孔虫による内部食害の過程で発生する食害粉重量(g) 及び被害の深さも比較的浅いものであったことから，成虫が第二世代成虫数(頭)とし，毎週測定した食害粉及び発生穿孔途中で他の部位に移動し食害していることを示すと成虫はそのつど取り除きながら継続し，その第二世代成考えられた．

25

大分県産業科学技術センター 平成１９年度 研究報告

Fig.2

Fig.3

積層ボードの食害穿孔痕
左：無処理

Table.1

パーティクルボードの食害穿孔痕
左：無処理

右：0.7MPa30分処理

右：0.7MPa30分処理

各種処理した積層ボードの食害抵抗性試験の結果
積層ボード

処理雰囲気 圧力 到達温度 時間
(MPa)
（℃)
(分)
無処理
蒸気処理
水熱処理

Table.2

0.3
0.50.70.50.7内部食害試験 （14～20週目継続中）
重量減少率
(ｗt％)

成虫食害試験

処理条件

130
150
165
1501653030303030

穿孔痕数(個)max
平均min
8 － 4.7 －0
18 － 9.3 －5
8 － 4.7 －2
15 － 11.7 －6
12 － 4.7 －3
9 － 7.0 －4

重量減少率
(ｗt％)
max

平均

min

2.9 － 0.9
1.9 － 0.8
0.8 － 0.4
1.0 － 0.5
0.7 － 0.3
1.2 － 0.3－(0.1)－0.1－(0.0)－0.0－(0.2)－(0.1)

発生成虫数(頭)max
平均000000min

max

平均

min

2.9 －
1.6 －
1.0 －
1.0 －
0.5 －
1.2 －

1.61.30.6
0.80.3
0.5

－0.3
－0.9
－0.1
－0.5
－0.0－0.0

各種処理したパーティクルボードの食害抵抗性試験の結果
パーティクルボード
成虫食害試験

処理条件
処理雰囲気 圧力 到達温度 時間
(MPa)
（℃)
(分)
無処理
0.3
0.5

130
1500.7165

蒸気処理

3030
153060

穿孔痕数
(個)
max
平均
min
45 － 35.5 －27
52 － 38.7 －26
38 － 30.3 －23
35 － 33.3 －32
32 － 29.3 －23
30 － 26.0 －24

内部食害試験 （6～9週目継続中）
重量減少率
(ｗt％)

重量減少率
(ｗt％)
max

平均

min

0.2 － 0.1
0.3 － 0.1
0.4 － 0.2
0.2 － 0.1
0.7 － 0.3
1.2 － 0.7

－0.0－(0.0)－(0.1)－0.0－(0.2)－0.4

発生成虫数(頭)max
平均000000min

max

平均

min

0.2 －
0.3 －
0.5 －
0.1 －
0.8 －
1.1 －

0.0
0.0
0.1
0.0
0.3
0.9

－(0.1)－(0.2)－(0.3)－(0.1)－(0.3)－0.5

Table.2に各種処理したパーティクルボードの食害抵抗性試験の結果を示す．無処理及び加圧蒸気処理とも，↓ Glu
分級粒度（ミリメートル）食害が進行することを示す重量減少が発生せず，食害が認められなかった．これは，パーティクルボードの製造条件とした目標密度0.8ｇ/c㎥が，シンクイにとっては比較的硬いと考えられることや，エレメント化することによってボード組織が，従来の竹材組織とは異なったことなどが考えられるが，これらについては，更に検討す

0.1＞

1-0.52-14-210-4

3.2.1

糖成分

Suc ↑↑ Suc

cont

加圧蒸気処理による成分の変化↓ Xyl0.5-0.1

る必要がある．
3.2↓ Glu↓ Frc↑ Frc

0.7MPa-60min

Fig.4 ６分級した竹材エレメントにおける遊離糖の液体クロマトグラフ・スペクトル

無処理と 0.7ＭＰa(165℃)60分で加圧蒸気処理を行なった竹材中の成分変化の関係について、ボード用エレ

左：無処理

26

右：0.7MPa60分処理

大分県産業科学技術センター 平成１９年度 研究報告

メントに粉砕加工後，篩で6分級した糖成分を液体クロマトグラフで分析したスペクトルをFig.4に示す．
無処理では，分級粒度に関係なく竹材中の遊離糖と思

3.0

われるスクロース(Suc)，グルコース (Glu)，フラク

グルコース 無処理

グルコース 0.7MPa-60min

フラクトース 無処理

フラクトース 0.7MPa-60min

キシロース 無処理

キシロース 0.7MPa-60min

糖含有量 (％)

2.5

トース (Frc)が検出された．加圧蒸気処理では，虫害やカビの発生要因の一つと考えられているグルコース及びフラクトースのスペクトル強度が低下し，ヘミセルロー

2.01.51.00.5スの加水分解に由来すると思われるキシロース(Xyl)が0.0生成していた．

10～44～2

2～1

1～0.5

0.5～0.1 0.1＞

それらの分級粒度別糖含有量をFig.5に示す．機械的分級粒度 (目開きサイズ) mmなエレメント化によって粉末化しやすい柔細胞部分に含有すると思われる糖が，分級粒度0.5mm以下に集中し高Fig.5 分級粒度別糖含有量の変化い含有量となることを期待したが，その傾向は見出せなかった．
3.2.2

有機酸

pH

4.7

4.54.23.9

無処理及び各種加圧蒸気処理条件における有機酸の液体クロマトグラフ・スペクトルをFig.6に示す．無処理
ではリンゴ酸が主体であったが、加圧処理下で高圧(高温)となるほど酢酸，ギ酸等の生成及び増加傾向が確認

リンゴ酸された．これら生成した有機酸等によってｐＨは，無処ギ酸

理の4.7に対し，高圧(高温)となるほど酸性化する傾向

酢酸contを示し，加圧蒸気処理0.7ＭPa(165℃)30分では3.9を示した．

0.3MPa0.5MPa0.7MPa-30-30-30

Fig.6 無処理及び各種加圧蒸気処理条件における有機酸の液体クロマトグラフ・スペクトル

それらの分級粒度別有機酸含有量をFig.7に示す．無処理のリンゴ酸は，比較的粒度が粗いエレメントに多く含有する傾向を示したが，加圧蒸気処理後エレメント化したものでは，リンゴ酸含有量の分級粒度に依存する傾

クエン酸 無処理
リンゴ酸 無処理
酢酸 無処理ギ酸 無処理1.0
有機酸含有量 （％）

向は見受けられなかった．これは，無処理では表皮側組織ほど高密度である竹材の組織構造の影響を受け，機械的な粉砕加工において, 表皮側組織に近い高密度部分が粗くエレメント化され，比較的低密度である内部の柔細胞部分が細かくエレメント化していると考えれば，リンゴ酸の含有量は柔細胞部分に少ないと推察できる．加圧
蒸気処理後は，その表皮側組織に近い高密度部分も脆弱

クエン酸 0.7MPa-60min
リンゴ酸 0.7MPa-60min
酢酸 0.7MPa-60min
ギ酸 0.7MPa-60min

0.8
0.6
0.4
0.20.0化し機械的な破砕加工で靭皮繊維と柔細胞が比較的均一10～4に破砕されていると考えることができる．,

4～22～1

1～0.5

0.5～0.1

0.1＞

分級粒度 (目開きサイズ) mm

よって，加圧蒸気処理によるヘミセルロースのペンダ

Fig.7 分級粒度別有機酸含有量の変化

ントの構造が離脱して生成したと考えられる酢酸やギ酸についても，分級粒度間での異差はほとんど見受けられず，加圧蒸気処理0.7ＭPa(165℃)60分では，酢酸含有量ラール(HMF)， 4-メトキシベンズアルデヒド，バニリン0.6％，ギ酸含有量0.1％であった．などのアルデヒド類や2-メトキシ-4-ビニルフェノール

3.2.3が検出され，高圧(高温)になるほど生成量が増加する傾

抽出成分

無処理及び各種加圧蒸気処理を行なった試料から50％向を示した．

エタノールで抽出した成分のGC-MSスペクトルをFig.8に3.2.4

加圧蒸気処理による成分変化示す．スペクトル解析を行なったところ，加圧蒸気処理

これら糖，有機酸，抽出成分の生成過程については，によって酢酸，ベンゾフラン，ヒドロキシメチルフルフ

加圧による飽和水蒸気下の高温状態でヘミセルロースの27大分県産業科学技術センター 平成１９年度 研究報告

９↓
１
↓

３
↓

10
↓

２４↓
↓
11↓

６８
↓
↓

７
↓
５
↓
0.7MPa-30
0.7MPa-30 Wet
0.5MPa-30
0.5MPa-30 Wet
0.3MPa-30（スペクトル解析）
1：フルフラール2：ヒドロキシメチルフルフラール（HMF）
3：Pyran
4:ベンゾフラン
5:バニリン
6: 4-メトキシベンズアルデヒド
7:イソバニリン
8: 2-メトキシ-4-ビニルフェノール
9: 酢酸
10: dimer
11: 1,2,3-プロペントリオール

contFig.8 無処理及び各種加圧蒸気処理条件におけるGC-MSスペクトル

糖に由来

CCCCCCCCC

H 3 CO

H 3COOH

グアイアシルO
OOH

シリンンギル

HOOH

O

HOO
321

OCH 3OO

OH

ヒドロキシフェニルプロパン

リグニンに由来
OO

OH

OH
6Fig.9 イネ科リグニンの基本構成単位
O

ペンダント部分が脱離して酢酸が生成される．また，ヘO
4

ミセルロースが加水分解する過程で主にキシロースなど

O5の五炭糖(ペントース)類を生成し，キシロースなどの糖はさらに同条件下で脱水してフルフラール(1)となるとHO考えられる．同様に，グルコースやフラクトースなどのOO

六炭糖(ヘキソース)類でも，脱水反応が進みヒドロキシOH
87メチルフルフラール(2)が生成する2)と考えられる．

ヘミセルロース等に由来

Fig.9にイネ科リグニンの基本構成単位を示す．Fig.8のGC-MSにより確認された加圧蒸気処理による分解成分

OHOOH
Oのうち,このグアイアシル核の基本骨格を反映した分解成分と考えられるのは，バニリン(5)，イソバニリン(7)，OH9HO

HOOHOOOOH

1110

2-メトキシ-4-ビニルフェノール(8)であり, 4-メトキシベンズアルデヒド(6)は，ヒドロキシフェニル核に由来

Fig.10 加圧蒸気処理により分解生成した成分すると考えられる．

注）成分下の番号は，Fig.8 のスペクトル解析に対応

これらの分解生成成分をまとめFig.10に示す．ヘミセ
ルロースの加水分解による酢酸やキシロースの生成，そのキシロース及び遊離糖の脱水反応によるフルフラール

4. まとめやヒドロキシメチルフルフラールの生成，リグニンの分

各種加圧蒸気処理条件で製造した竹ボードの食害抑制解によるバニリン等アルデヒド類の生成などであり，こ効果を把握するとともに，加圧蒸気処理による成分変化れらの成分変化は，食害抵抗性に影響する可能性が否定について次のような結果を得た．

できず，これら成分と食害抑制効果との関係についても(1) 積層ボードの食害抵抗性試験の結果，成虫食害試験及び内部食害試験ともに，無処理の平均重量減少率は今後さらに検討を重ねる必要がある．

加圧蒸気処理0.7ＭPa30分の約2倍であった．

28

大分県産業科学技術センター 平成１９年度 研究報告

(2) パーティクルボードの食害抵抗性試験の結果，無処理及び加圧蒸気処理とも，食害が進行することを示す重量減少が発生せず，食害が認められなかった．パー
ティクルボードにおいては，その密度の影響も検討する必要が示唆された．
(3) 加圧蒸気処理による成分の変化は，遊離糖，ヘミセルロース，リグニンなどの加水分解や脱水反応などによるアルデヒド類の生成などであった．これらの成分が食害抑制効果に影響しているものと考えられた．

謝辞
本研究の成分分析にあたっては，(財)日本食品分析センターほかの協力を得た．ここに，感謝します．
参考文献

1) 小谷公人，古曳博也，中原恵，阿部優，大内成司，玉造公男，西村健，鈴木憲太郎：大分県産業科学技術センター 平
成18年度 研究報告，(2007)
http://www.oita-ri.go.jp/report/2006/2006_12.pdf

2) Transformation of Biomass into Chemicals： Chemical
Reviews, Vol107,Not 6， p2424-2425，(2007)29