宣紙の劣化に及ぼす小麦でんぷん接着剤の固形分率、たんぱく質含有量、糊化温度の影響を分離する

古い紙の糊が重要な理由

世界中の貴重な文書や紙上表現の多くは、素朴な小麦糊によって補強されています。保存修復の現場では、特に東アジアで長くこの伝統的な糊が信頼されてきました。しかし、もろい作品を修復するための糊自体が、作品の劣化を早めてしまうこともあります。本研究は、書画に使われる高品質な手漉き紙である宣紙に対して、小麦糊の配合差が長期的な紙の状態にどう影響するかを詳細に調べ、どの要素が黄変、暗化、ひび割れの主因であるかを明らかにしようとしています。

古い紙と伝統的な糊

紙の保存修復において小麦でんぷん糊が重用される理由は、セルロース繊維とやさしく結合し、湿気で可逆的に除去できる点にあります。また、工房での使用実績も長いことが信頼に寄与しています。しかし小麦糊は一種類の固定された物質ではありません。精製したでんぷんから作る場合もあれば、たんぱく質やその他の成分を含む普通の小麦粉から作る場合もあります。糊の粘度は薄いものから厚いものまであり、加熱温度によってゲル化の程度も変わります。以前の研究でこれらの接着剤が紙のpHを下げ、時間とともに暗化を招くことは示されていましたが、糊の濃度、たんぱく質、加熱温度の役割を明確に切り分けた研究はありませんでした。本研究はこれらの要因を制御して解析することを目的としました。

もろい紙を公平に試験する設計

研究者らは歴史的作品の代替として現代の超純粋な宣紙を用いました。水に対する糊の固形分率、たんぱく質の有無（純でんぷんかたんぱく質を含む小麦粉か）、低温または高温で調理したかの三つの変数を組み合わせて、8種類の小麦糊を調製しました。宣紙片はこれらの糊に浸され、乾燥後、温湿度の高い環境で最長17日間の加速劣化試験にかけられました。試験中および試験後に、色、明度、酸性度、光透過、微視的構造の変化を色差計、赤外分光、蛍光、電子顕微鏡、X線回折、熱分析などの手法で測定しました。

糊の配合が色と酸性に与える影響

因子配列実験という複数変数を同時に検定する統計的手法を用いることで、糊の濃度が目に見える変化の主因であることが示されました。濃度の高い（粘性のある）糊は、紙の明度の低下、黄味の増加、全体的な色差の拡大を引き起こしました。また時間経過で紙をより酸性にしてしまい、長期の安定性にとって好ましくありませんでした。小麦粉由来のたんぱく質は別の重要な役割を果たしました。たんぱく質は紙の可視光のうち紫色（約400ナノメートル付近）での反射率低下に最も強く影響しており、これは褐変を引き起こす新しい光吸収性の“クロモフォア”の生成を示す兆候です。濃縮されたたんぱく質含有糊で処理された紙は、最も透明度と明るさを失いました。

フィルムを硬化させひび割れを招くたんぱく質

糊そのものの内部で何が起きているかを調べるため、研究者らは加熱と水分にさらされた小麦たんぱく質の変化を追跡しました。蛍光測定では、たんぱく質分子が展開していくと蛍光の波長が長波長側へシフトし、埋もれていた残基が水にさらされることが示されました。赤外データは、たんぱく質中の秩序だったヘリックス構造が崩れてより無秩序なランダムな構造へと移行することを明らかにしました。これらの変化は総じて、たんぱく質ネットワークがより硬く、柔軟性を失うことを意味します。紙表面では、これは特に小麦粉由来の糊を使った場合に、微小ひびの多い糊膜として現れました。糊中のでんぷんは経時的に再結晶化する傾向があり、コーティングがより密で硬くなって柔軟性がさらに低下し、ひび割れを促進しました。

処理紙が経年でどう変わるか

加速劣化後、未処理の宣紙と糊で処理した宣紙は見た目と挙動がかなり異なりました。すべてのサンプルである程度の黄変は見られましたが、小麦糊を塗布したもの、特に濃度が高くたんぱく質を含む配合のものは、著しく暗くなり透明度も低下し、短波長側での透過光の損失がより強く現れました。顕微鏡観察では、素地の繊維はわずかに緩む一方で、コーティングされた繊維は微小ひびで分断された連続した膜の下にあることが示されました。糊処理された紙は表面がより撥水的になり、X線および熱分析は糊コーティングが未処理の紙よりもより結晶性で耐熱性の高い構造へ再編成されたことを示し、これはでんぷんのレトログラデーション（再配列）の兆候です。

文化遺産保護への実用的な教訓

保存修復従事者や紙の遺産の保存に関心を持つすべての人に対して、この研究は明確なメッセージを伝えます。小麦糊の層が厚いほど、宣紙の黄変と酸性化を促進し、粉由来のたんぱく質は暗化と透明度低下を著しく悪化させます。時間とともに、これらの糊は硬く結晶化した膜を形成してひび割れを生じさせ、紙と水分との相互作用を変化させます。したがって、長期的な損傷を低減しつつ伝統的な接着特性を保持するためには、低濃度でたんぱく質を含まないでんぷん糊を使用し、加熱条件を慎重に管理することが有効であることが示唆されます。

引用: Liu, P., Ge, M., Li, X. et al. Decoupling the effects of mass fraction, protein content, and gelatinization temperature in wheat starch-based paste on Xuan paper degradation. npj Herit. Sci. 14, 210 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02483-x

キーワード: 紙の保存修復, 小麦でんぷん糊, 宣紙, 文化遺産, 接着剤の劣化