可食用透明冰产品设计与应用研究

杜兆群 郭旭文 张 宇＊

哈尔滨工程大学

一、引言

后冬奥时代, 冰产品作为冰雪文化的一种表现形式迎来了更多的发展机遇。以人造透明冰为基材的冰雕艺术品、餐饮用品等透明冰制品, 打破了季节和地域的限制, 逐渐在国内外的大众生活中得到推广。 如何在传统冰雪文化的基础上, 运用现代的设计思维和艺术表达方式为透明冰产品赋予全新的时代含义, 体现当下人的审美文化需求, 对传播与推广冰雪文化、促进区域经济发展都具有重要的现实意义。

冰最初用来冷藏食物, 18世纪末, 冰开始以食品的形式出现。20世纪初, 由于制冷技术的革命, 全球古老的采冰业转为制冰业, 并在美国得到飞跃式的发展。同时, 欧洲也相继出现大型的制冰工厂。继而, 随着医药提纯技术及结晶科学的发展, 20世纪末, 人造透明技术开始出现在制冰产业中。

可食用透明冰是优质无杂质的人造冰, 被广泛应用于餐饮、展示、旅游等行业。随着冰雪文化在中国的普及以及国家对冰雪文化的政策性扶持, 人们对冰的需求更加多样化, 除使用和食用之外, 消费者对冰产品的关注点更倾向于美观性、艺术性和文化体验过程。

二、国内外制冰技术现状分析

（一）国外制冰技术的研究现状

可食用透明冰是一种优质的人造冰, 具有透明度高、形态完整、冻结坚实、融化速度慢等优点。在感官上, 透明冰由于具有滋味纯正、没有异味、肉眼看不出杂质等特性, 于是被制作成冰块、冰球、冰杯等多种形状, 广泛应用于餐饮、旅游等行业。

现阶段先进的制冰技术研发企业有美国通用、德国西门子、Hoshizaki等。21世纪初, 透明冰的产品及其生产设备的开发呈现出家庭化、小型化、自动化特征。例如, 1B与Wintersmiths等制造商, 针对家庭制冰设备展开模具制冰技术的研发, 致力于低生产成本和高质量冰块的制造。Hoshizaki的制冰机率先实现了设备的全自动化和特定形状冰块的加工。

（二）国内制冰行业的发展与现状

相比于国外, 国内可食用冰的制造在技术研发、设备制造、产品推广方面均属于初始阶段。21世纪初, 国内制冷技术及其制造伴随经济发展迅速崛起, 集中于大型工业制冷、家用电器等生活必需品；近年来, 伴随快餐、文旅业的发展, 用于饮料、酒水勾兑的可食用冰制造设备开发正悄然兴起, 家庭化、自动化发展趋势显著。结冰速度、制冰数量、设备体积是现阶段关注的焦点；对于可食用冰的形状、透明程度研究较少。

三、透明冰产品艺术性及应用分析

冰是冰雪文化产业中的核心。透明冰产品主要用于酒水和饮料的勾兑及降温。透明冰的应用场景包括宾馆、酒吧、KTV、餐饮等休闲旅游业, 另外在商务与会务活动、文化活动、婚庆礼仪等公共活动中也有广泛应用。

（一）冰雪旅游场所的应用

1.斯德哥尔摩冰酒吧

斯德哥尔摩酒店设计的“冰吧”是世界上第一个永久性的冰酒吧, 建于2002年。它是瑞典最著名的旅游景点, 为冰雪体验提供个性化服务[1］。酒吧内的室内温度保持在零下7摄氏度（19华氏度）, 内部最多可容纳60人。酒吧内部墙壁、桌子、椅子、游客盛饮料的杯子都是用冰雕刻而成。进入冰吧, 是一种完全独特的体验。迎接游客的是清凉的空气和美丽而独特的冰雕艺术。

2.瑞典冰旅馆

1989年冬季, 世界上第一家冰旅馆——瑞典冰旅馆建成。这个季节性的冬季冰旅馆住宿范围从标准的冰房到优雅的艺术套房。每间标准冰房都配有用冰制成的装饰品和床。魁北克冰晶旅馆的冰屋（如图1）与瑞典冰旅馆的冰房相似, 都配有用冰制成的装饰品和床。酒店内部陈列有手工雕刻的冰雕艺术品, 还有冰酒吧和当地特色的餐饮服务。餐饮中的器皿多数由可食用透明冰制成。

图1 魁北克冰晶旅馆的冰屋

（二）酒类用冰

威士忌勾兑用的冰球是通过去除冰块中的气泡和杂质获得的可食用冰, 也是可食用透明冰产品的主要形式。调制鸡尾酒用的球形冰（如图 2）也是如此。因为放置在杯中的球形冰块与相同体积的其他形状的冰块相比, 与液体接触的面积最小, 故而球形的冰块融化速度相对较慢, 从而获得的降温时间最长。这一特点使球形透明冰成为威士忌勾兑用冰的首选。球形透明冰圆润、晶莹剔透, 在饮用饮品的同时能获得高质量的感官体验, 既能满足文化体验, 又能获得精神上的仪式感。威士忌饮用者对冰球透明度的极致追求, 也是对理想生活的追求。

图2 调制鸡尾酒用的球形冰

四、可食用透明冰产品存在的问题分析

根据上述案例应用研究发现, 国内可食用冰产品存在的问题主要体现在对用户心理需求层面缺少充分的考虑, 从而忽略“冰”作为文化产品在文化体验方面的心理功能, 最终导致在可食用透明冰制造方面产生一系列的连锁问题, 其根本原因主要分为以下几点：

第一, 由于时间（季节）与空间（地域）的限制, 现有制冰技术还未能满足“南方”使用者对“冰雪艺术”体验的向往；第二, 国内现有制冰技术起步晚, 在特定形状冰体、透明冰体以及全自动制冰设备的研究方面进展缓慢；第三, 特定形状的冰产品加工技术以人工为主, 还不能实现产品化生产, 加工成本过高；第四, 透明冰产品与生产设备在设计方面的脱节, 使得产品的造型美学、软价值、用户的心理需求得不到足够的考量。

（一）用户需求的侧重点

作为文化产品的可食用透明冰与其他文化产品具有相同的产品属性, 即可食用透明冰所承载的心理功能大于使用功能。在实际生活中, 无论是冬季天然形成的冰还是人工制冰, 都很难形成视觉上无杂质且透明的冰体。只有在特定的地理环境中, 或者对水的结冰过程进行人为干预, 才能形成没有气泡、杂质、质地“晶莹剔透”的冰体, 即理想中的“冰”。

显然, 多数人对冰的感官印象及其概念的框定都带有“理想化”倾向, 而这一倾向也会在文化产品（冰）的消费过程中发挥指导作用。所以, 可食用人造冰的透明度、形状等视觉感受不仅是制冰工艺的表征, 而且是冰体所承载着的消费者对“冰”的全部想象, 以及在想象的过程中所赋予的文化价值。

（二）制造技术的基本原理

制备透明且具有特定形状的冰块需要先进的制冰技术。透明冰的生长是一个复杂的过程。冰中的气泡是由结冰前溶解在水中的空气形成的。冰中气泡的数量、大小是影响冰体透明程度的关键因素。当水结冰时, 气体分子由于体积过大而不能进入晶格, 在界面处被排斥, 并聚集在界面附近的液体中。随着冻结过程的进行, 液体中气体分子的饱和比随时间增加, 并在界面处达到最大值[2］。气体饱和比的增加最终导致气泡的形成和增长。在结冰速率很小的情况下, 冰中排出的一些溶解的空气可能通过水的扩散而逸出[3］。当冰中气泡的含量非常微小时, 完全超出肉眼视域范围。此时, 溶解空气形成的气泡大小, 足以“看不到”[4］, 冰体几乎以完全透明的形式呈现。

五、艺术与技术相结合的应用设计

综上, 循环流动的供水结构是透明纯净冰体形成的必要条件。透明冰的制造应采用循环流动的机构, 循环流动的水体能够为冰前水体中的可溶解气体逃逸提供动力[5］, 也能有效降低水中可溶解固体在冰中的凝结。

结合循环供水结构设置结冰模具（如图3）, 进而实现特定形状冰体的冻结, 如冰球体、冰方体、冰杯等。实验证明, 图3中的透明冰设备结构, 不仅能够实现特定形状冰体的冻结, 而且能够保证冰体的透明度。其中, 图3中的a外置蓄水容器将设备内部分割为不同温度区间, 保证了储备水源的恒定温度以及不结冰状态, 为模具内部冰前水体的替换提供稳定的物理环境。以该结构为基础, 本案例完成了圆柱形透明冰杯的制作（如图4-b）, 并且根据用户的实际使用需求, 实现了橘皮和柠檬在冰杯内部的冻结。

图3 制冰模具机构的设计（a-外置蓄水容器；b-机构主体；c-循环水泵；d-模具内水体；e-制冰模具；f-冷媒；g-蒸发器；h-外保温层）

图4 两种不同工艺冰杯的对比（a-以40加仑大体积冰块为材料, 经机械切割, 采用冲孔工艺制作的冰杯；b-以循环供水系统为基础, 采用模具制作的冰杯）

与传统加工方法（如图4-a）相比, 采用模具制作的冰杯, 在透明度、冰杯容积的一致性、外观的平滑程度方面, 远优于传统机械加工方法。机械加工方法制作冰杯时, 经切割加工使冰杯外形为方体, 内部为冲孔加工方法形成的柱体结构, 虽然能够实现容器的功能, 但不适用于抓握和饮用。图4-b是采用模具制作并改进的可食用透明冰杯, 在形状方面, 冰杯的内外均为圆形, 解决了冰杯在使用过程中方形带来的不适。另外, 冰杯在模具冻结的过程中添加了橘皮和柠檬, 不仅增加了冰杯的艺术形式内涵, 而且在使用功能方面也为冰饮增加了果蔬味道。

采用模具制作可食用透明冰产品, 能够省去机械加工、人工雕刻的制造成本, 提高生产效率和产量。冰杯的造型与样式的设计增加了产品的艺术性与文化内涵。模具加工技术与产品造型艺术的结合, 不仅适合可食用透明冰产品的产品化生产, 而且为产品艺术表现形式提供了更多的设计空间。

本案例中透明冰杯的设计以冰雪文化体验为基础, 在明确使用者的使用方式、使用过程体验的基础上, 结合造型艺术与产品设计进行开发, 并在实际应用与推广过程中收到良好的用户反馈。实践证明, 艺术性与制作工艺的结合可以拓宽可食用透明冰产品应用的思路。在宾馆、酒吧、KTV、休闲娱乐场所、冬季文旅等应用场景中, 将冰雪产品与冰的艺术性相结合, 能够满足消费者“理想”中冰雪文化体验的需求。制冰技术的完善以及与设计艺术的结合, 能够将更好的、更具艺术性和原创性的冰雪产品引入生活, 开拓冰雪文化的创新体验。