可食用透明冰產品設計與應用研究

杜兆群 郭旭文 張 宇＊

哈爾濱工程大學

一、引言

后冬奧時代, 冰產品作為冰雪文化的一種表現形式迎來了更多的發展機遇。以人造透明冰為基材的冰雕藝術品、餐飲用品等透明冰制品, 打破了季節和地域的限制, 逐漸在國內外的大眾生活中得到推廣。 如何在傳統冰雪文化的基礎上, 運用現代的設計思維和藝術表達方式為透明冰產品賦予全新的時代含義, 體現當下人的審美文化需求, 對傳播與推廣冰雪文化、促進區域經濟發展都具有重要的現實意義。

冰最初用來冷藏食物, 18世紀末, 冰開始以食品的形式出現。20世紀初, 由于制冷技術的革命, 全球古老的采冰業轉為制冰業, 并在美國得到飛躍式的發展。同時, 歐洲也相繼出現大型的制冰工廠。繼而, 隨著醫藥提純技術及結晶科學的發展, 20世紀末, 人造透明技術開始出現在制冰產業中。

可食用透明冰是優質無雜質的人造冰, 被廣泛應用于餐飲、展示、旅游等行業。隨著冰雪文化在中國的普及以及國家對冰雪文化的政策性扶持, 人們對冰的需求更加多樣化, 除使用和食用之外, 消費者對冰產品的關注點更傾向于美觀性、藝術性和文化體驗過程。

二、國內外制冰技術現狀分析

（一）國外制冰技術的研究現狀

可食用透明冰是一種優質的人造冰, 具有透明度高、形態完整、凍結堅實、融化速度慢等優點。在感官上, 透明冰由于具有滋味純正、沒有異味、肉眼看不出雜質等特性, 于是被制作成冰塊、冰球、冰杯等多種形狀, 廣泛應用于餐飲、旅游等行業。

現階段先進的制冰技術研發企業有美國通用、德國西門子、Hoshizaki等。21世紀初, 透明冰的產品及其生產設備的開發呈現出家庭化、小型化、自動化特征。例如, 1B與Wintersmiths等制造商, 針對家庭制冰設備展開模具制冰技術的研發, 致力于低生產成本和高質量冰塊的制造。Hoshizaki的制冰機率先實現了設備的全自動化和特定形狀冰塊的加工。

（二）國內制冰行業的發展與現狀

相比于國外, 國內可食用冰的制造在技術研發、設備制造、產品推廣方面均屬于初始階段。21世紀初, 國內制冷技術及其制造伴隨經濟發展迅速崛起, 集中于大型工業制冷、家用電器等生活必需品；近年來, 伴隨快餐、文旅業的發展, 用于飲料、酒水勾兌的可食用冰制造設備開發正悄然興起, 家庭化、自動化發展趨勢顯著。結冰速度、制冰數量、設備體積是現階段關注的焦點；對于可食用冰的形狀、透明程度研究較少。

三、透明冰產品藝術性及應用分析

冰是冰雪文化產業中的核心。透明冰產品主要用于酒水和飲料的勾兌及降溫。透明冰的應用場景包括賓館、酒吧、KTV、餐飲等休閑旅游業, 另外在商務與會務活動、文化活動、婚慶禮儀等公共活動中也有廣泛應用。

（一）冰雪旅游場所的應用

1.斯德哥爾摩冰酒吧

斯德哥爾摩酒店設計的“冰吧”是世界上第一個永久性的冰酒吧, 建于2002年。它是瑞典最著名的旅游景點, 為冰雪體驗提供個性化服務[1］。酒吧內的室內溫度保持在零下7攝氏度（19華氏度）, 內部最多可容納60人。酒吧內部墻壁、桌子、椅子、游客盛飲料的杯子都是用冰雕刻而成。進入冰吧, 是一種完全獨特的體驗。迎接游客的是清涼的空氣和美麗而獨特的冰雕藝術。

2.瑞典冰旅館

1989年冬季, 世界上第一家冰旅館——瑞典冰旅館建成。這個季節性的冬季冰旅館住宿范圍從標準的冰房到優雅的藝術套房。每間標準冰房都配有用冰制成的裝飾品和床。魁北克冰晶旅館的冰屋（如圖1）與瑞典冰旅館的冰房相似, 都配有用冰制成的裝飾品和床。酒店內部陳列有手工雕刻的冰雕藝術品, 還有冰酒吧和當地特色的餐飲服務。餐飲中的器皿多數由可食用透明冰制成。

圖1 魁北克冰晶旅館的冰屋

（二）酒類用冰

威士忌勾兌用的冰球是通過去除冰塊中的氣泡和雜質獲得的可食用冰, 也是可食用透明冰產品的主要形式。調制雞尾酒用的球形冰（如圖 2）也是如此。因為放置在杯中的球形冰塊與相同體積的其他形狀的冰塊相比, 與液體接觸的面積最小, 故而球形的冰塊融化速度相對較慢, 從而獲得的降溫時間最長。這一特點使球形透明冰成為威士忌勾兌用冰的首選。球形透明冰圓潤、晶瑩剔透, 在飲用飲品的同時能獲得高質量的感官體驗, 既能滿足文化體驗, 又能獲得精神上的儀式感。威士忌飲用者對冰球透明度的極致追求, 也是對理想生活的追求。

圖2 調制雞尾酒用的球形冰

四、可食用透明冰產品存在的問題分析

根據上述案例應用研究發現, 國內可食用冰產品存在的問題主要體現在對用戶心理需求層面缺少充分的考慮, 從而忽略“冰”作為文化產品在文化體驗方面的心理功能, 最終導致在可食用透明冰制造方面產生一系列的連鎖問題, 其根本原因主要分為以下幾點：

第一, 由于時間（季節）與空間（地域）的限制, 現有制冰技術還未能滿足“南方”使用者對“冰雪藝術”體驗的向往；第二, 國內現有制冰技術起步晚, 在特定形狀冰體、透明冰體以及全自動制冰設備的研究方面進展緩慢；第三, 特定形狀的冰產品加工技術以人工為主, 還不能實現產品化生產, 加工成本過高；第四, 透明冰產品與生產設備在設計方面的脫節, 使得產品的造型美學、軟價值、用戶的心理需求得不到足夠的考量。

（一）用戶需求的側重點

作為文化產品的可食用透明冰與其他文化產品具有相同的產品屬性, 即可食用透明冰所承載的心理功能大于使用功能。在實際生活中, 無論是冬季天然形成的冰還是人工制冰, 都很難形成視覺上無雜質且透明的冰體。只有在特定的地理環境中, 或者對水的結冰過程進行人為干預, 才能形成沒有氣泡、雜質、質地“晶瑩剔透”的冰體, 即理想中的“冰”。

顯然, 多數人對冰的感官印象及其概念的框定都帶有“理想化”傾向, 而這一傾向也會在文化產品（冰）的消費過程中發揮指導作用。所以, 可食用人造冰的透明度、形狀等視覺感受不僅是制冰工藝的表征, 而且是冰體所承載著的消費者對“冰”的全部想象, 以及在想象的過程中所賦予的文化價值。

（二）制造技術的基本原理

制備透明且具有特定形狀的冰塊需要先進的制冰技術。透明冰的生長是一個復雜的過程。冰中的氣泡是由結冰前溶解在水中的空氣形成的。冰中氣泡的數量、大小是影響冰體透明程度的關鍵因素。當水結冰時, 氣體分子由于體積過大而不能進入晶格, 在界面處被排斥, 并聚集在界面附近的液體中。隨著凍結過程的進行, 液體中氣體分子的飽和比隨時間增加, 并在界面處達到最大值[2］。氣體飽和比的增加最終導致氣泡的形成和增長。在結冰速率很小的情況下, 冰中排出的一些溶解的空氣可能通過水的擴散而逸出[3］。當冰中氣泡的含量非常微小時, 完全超出肉眼視域范圍。此時, 溶解空氣形成的氣泡大小, 足以“看不到”[4］, 冰體幾乎以完全透明的形式呈現。

五、藝術與技術相結合的應用設計

綜上, 循環流動的供水結構是透明純凈冰體形成的必要條件。透明冰的制造應采用循環流動的機構, 循環流動的水體能夠為冰前水體中的可溶解氣體逃逸提供動力[5］, 也能有效降低水中可溶解固體在冰中的凝結。

結合循環供水結構設置結冰模具（如圖3）, 進而實現特定形狀冰體的凍結, 如冰球體、冰方體、冰杯等。實驗證明, 圖3中的透明冰設備結構, 不僅能夠實現特定形狀冰體的凍結, 而且能夠保證冰體的透明度。其中, 圖3中的a外置蓄水容器將設備內部分割為不同溫度區間, 保證了儲備水源的恒定溫度以及不結冰狀態, 為模具內部冰前水體的替換提供穩定的物理環境。以該結構為基礎, 本案例完成了圓柱形透明冰杯的制作（如圖4-b）, 并且根據用戶的實際使用需求, 實現了橘皮和檸檬在冰杯內部的凍結。

圖3 制冰模具機構的設計（a-外置蓄水容器；b-機構主體；c-循環水泵；d-模具內水體；e-制冰模具；f-冷媒；g-蒸發器；h-外保溫層）

圖4 兩種不同工藝冰杯的對比（a-以40加侖大體積冰塊為材料, 經機械切割, 采用沖孔工藝制作的冰杯；b-以循環供水系統為基礎, 采用模具制作的冰杯）

與傳統加工方法（如圖4-a）相比, 采用模具制作的冰杯, 在透明度、冰杯容積的一致性、外觀的平滑程度方面, 遠優于傳統機械加工方法。機械加工方法制作冰杯時, 經切割加工使冰杯外形為方體, 內部為沖孔加工方法形成的柱體結構, 雖然能夠實現容器的功能, 但不適用于抓握和飲用。圖4-b是采用模具制作并改進的可食用透明冰杯, 在形狀方面, 冰杯的內外均為圓形, 解決了冰杯在使用過程中方形帶來的不適。另外, 冰杯在模具凍結的過程中添加了橘皮和檸檬, 不僅增加了冰杯的藝術形式內涵, 而且在使用功能方面也為冰飲增加了果蔬味道。

采用模具制作可食用透明冰產品, 能夠省去機械加工、人工雕刻的制造成本, 提高生產效率和產量。冰杯的造型與樣式的設計增加了產品的藝術性與文化內涵。模具加工技術與產品造型藝術的結合, 不僅適合可食用透明冰產品的產品化生產, 而且為產品藝術表現形式提供了更多的設計空間。

本案例中透明冰杯的設計以冰雪文化體驗為基礎, 在明確使用者的使用方式、使用過程體驗的基礎上, 結合造型藝術與產品設計進行開發, 并在實際應用與推廣過程中收到良好的用戶反饋。實踐證明, 藝術性與制作工藝的結合可以拓寬可食用透明冰產品應用的思路。在賓館、酒吧、KTV、休閑娛樂場所、冬季文旅等應用場景中, 將冰雪產品與冰的藝術性相結合, 能夠滿足消費者“理想”中冰雪文化體驗的需求。制冰技術的完善以及與設計藝術的結合, 能夠將更好的、更具藝術性和原創性的冰雪產品引入生活, 開拓冰雪文化的創新體驗。