調べたところ、ロケールLC_ALLが"C"=7ビット文字列になっていることが原因のようでした
動作は教えていただいた方法で解決できたのですが、
「PHPで使われるロケール設定」はどこで設定したものが使われているのでしょうか？
テスト・本番の両環境で、
/etc/sysconfig/i18n
にてja_JP.UTF-8をロケールに設定しており、
シェル上のlocaleコマンドでも確認できますが、
それはPHP内では使われていないようです。
まともに動いていたテスト環境でも、
LC_CTYPE=en_US.UTF-8;等と設定されており、
これもどこに由来するのか分かりません。
「偶然うまく動いていた」に過ぎないようです・・