为什么店里的冰半天不化，家里的冰一会儿就化？

为什么店里的冰半天不化，家里的冰一会儿就化？里面加东西了？

为什么你冻的冰发白，买的冰却水晶般通透？

夏天来临之际, 当你从冰箱之内取出自制冰块, 投入可乐杯里, 目睹着杯子当中浮现出一团白雾之时, 心中是否曾闪现出一丝令人困惑的疑问: 明明皆是水这种物质, 究竟是凭借何种缘由, 致使外面售卖的可食用冰块呈现得那般晶莹剔透, 如同水晶一般呢? 更叫人内心充满好奇之感的是, 某些奶茶店铺里面所用到的冰块, 在饮料眼看着都快要被喝光殆尽的时候, 它却依旧坚韧不拔地留存于杯子中丝毫未变, 这种情况难道说其中是被掺入了某些不应该出现于冰中的东西么?

在这之外, 于生活之中, 我们还能够发觉别的有关冰的小问题, 像是家用的小制冰机所做出来的冰, 似乎化得格外快, 然而冰淇淋在冰箱里被冻了较长时间后, 就会“长出”冰碴子, 其口感变差, 这又究竟是怎么一回事呢?

这些问题, 看上去彼此毫无关联之处, 然而答案, 却都会回归至冰的物理结构之上, 冰的物理结构, 又跟结冰的过程紧密相连, 接下来, 咱们就进行详细的讲述。

买的冰透明又难化，是加了东西吗？

先回答为什么自家冻的冰泛白，买的冰却透亮？

答案藏就在结冰方式里。

水结冰之际, 溶解于其中的空气会由于温度降低、溶解度下降进而析出, 水中原本含量微量的矿物质、盐类等等物质, 也会在冰晶形成的进程当中被排挤去到尚未结冰的水里。普通家用的冰箱里面, 水结冰之时冰自各个方向同时生长, 析出的气泡以及杂质来不及逃逸, 最终被“锁”在冰块的内部。与此同时, 冻结也易于形成大量微小的裂纹以及结构缺陷。当光线穿过这些微小结构的时候, 会发生散射, 从宏观的角度看, 冰块就会呈现出白色浑浊的模样。

而那些加在饮料里, 看起来颇为透明的冰, 却并非如此, 制冰之时, 采用的是定向冻结方式，使冰从一个方向缓慢地长出来, 且同时搭配水流循环, 冰层一层又一层地朝前方推进, 未曾结冰的水持续流动, 把析出的气泡跟杂质带离结冰区域, 最终所形成的冰块, 其内部气泡、裂纹之类的缺陷更少, 光线能够更顺畅地穿过去, 自然而然地展现出水晶般的透明效果。

有这样一种冰, 它是透明的, 就是不少饮品店所说的“慢融冰”的源头。那所谓的慢融冰, 并非科学术语, 乃是商业概念。为何这么说, 因为这并非是往冰里面增添了特别的成分, 反倒指的是通过对结冰过程加以变动, 经过变动结冰这样特殊运作调整, 让冰内层变得特别匀称、所含缺陷变得更为稀少, 进而能够呈现有更加良好而且卓有成效的耐融层面专门性能。透明不过是它最为直观的外观特别突出关键特征, 然而呢却没想到融化变得更慢, 则纯粹是这种内部层面结构状况所进而形成带去来到的最终结果。

为什么这样的冰化得慢呢？

普通冰块内部有着较多气泡、裂纹以及结构缺陷, 在融化进程里, 更易于从内部破裂开来, 进而产生更多跟液体接触的表面, 所以整体融化速度就会更快, 冰块也更易于快速崩解。而经由缓慢定向冻结形成的透明冰, 其内部结构更为均匀, 融化一般会从外表面逐步向内部推进, 过程更为缓慢且平稳。故而, 从原理来讲, 一块看上去极为清澈的大冰块, 通常同样具备更好的耐融性能。

此外, 融化的速度, 和环境的温度、空气流动性以及饮品是否有进行搅动等这些因素, 都是存在关联的, 但是呢, 还有另外一个因素, 它也是相当重要的, 这个因素就是形状, 不同的形状, 会对冰融化的速度产生影响，并且还赋予了冰不一样的用途, 举个例子, 像是市面上能够见到的食用冰, 就存在碎冰、方块冰、冰球等多种不同的形态, 它们之间存在的差别所在就是比表面积, 所谓比表面积, 指的就是单位体积所对应的表面积, 在相同的环境状况之下, 接触的面积越大, 那么在单位时间里面进行热量交换的量也就会越多。

比表面积顶大的是碎冰, 它降温速度最为急速, 不过融化速度也是最快的, 适配用于快速进行冰镇以及做冰沙。方块冰在降温以及耐融这两方面都能兼顾到, 在奶茶店和调酒的时候是最为常见的。比表面积最小小的是冰球, 它融化的速度最为缓慢, 更不容易致使饮料被稀释, 好多人在纯饮烈酒之时喜爱于杯子里头加个晶莹剔透的冰球, 就是基于这个道理。

家用冰箱能做出专业透明冰吗？

既然已经知晓了其中的原理, 那么接下来问题就出现了, 已然清楚通透且不容易融化的冰压根就无需添加什么“秘籍配方”, 那么家庭之中的冰箱能够将其冻制出来吗呢?

答案有点遗憾——别说家用冰箱了，普通家用制冰机也很难做到。

制作透明冰, 需两个关键条件, 其一为稳定的温度梯度, 即让冰沿固定方向逐步生长, 其二是持续的水流循环, 以使析出的气泡与杂质能够及时脱离结冰区域。然此两点, 普通冰箱皆无法达成。如今家庭中常见的风冷冰箱, 是借由冷空气循环实现降温, 冰格中的水会从四周同时开始冻结, 结冰会朝着四面八方发展。并且水处于静止状态, 气泡与杂质没有机会逃逸, 最终会被封存在冰块内部。如此我们便得到了一块浑浊且化得快的冰。

当然啦, 我们是存在一些方式, 能使冰变得更具有美观性的, 像采用纯净水, 将其烧开之后冷却, 接着再进行制冰, 的确能够削减气泡还有杂质所造成的影响, 致使冰块变得更加透明一点。现下是有着一些专门进行设计的透明冰冰格的, 借由增添保温材料, 能让冰尽可能自一个方向慢慢发生冻结。这种办法可以对冰块外观起到改善作用, 不过因缺少持续水流循环, 其效果依旧无法抵达专业设备的水准。总而言之, 依靠家里的冰箱去制作出真正通透、内部存有很少缺陷的大块透明冰, 还是具备一定难度的。

此外, 还存在安全方面的问题。家用冰箱常常会将生肉、熟食等食品混在一起放置, 要是冰格没有盖子, 冰块就容易吸附异味, 并且还存在微生物交叉污染的风险。所以, 家庭制冰的时候最好使用带有盖子的冰盒, 以此保持冰格的清洁, 并且要使用符合卫生相关要求的饮用水。

那家用制冰机行吗？

有很多购买了桌面制冰机的人, 他们都有着一样的感受, 那就是, 机器所制作出来的冰, 常常化得比冰箱冷冻的还要快。

这是由于家用制冰机的追求一般是“快速制冰”, 并非造出透明冰。这类装置常常借由迅速降低冰模热度, 又或是令水流过低温表面, 促使冰块在较短的时段里得以形成。如此这般的做法效率颇高, 然而快速冻结也更易于把微小气泡以及结构瑕疵封存在冰块里面, 致使冰块内部缺乏均匀性。所以, 这类冰块尽管制作速度较为快, 只是耐融性能通常比不上经由缓慢定向冻结而生成的透明冰。

真实用于制造透明冰的商用装置, 并非追求最为快速之速度, 而是借由更为缓慢的冻结速度、精确地控制温度以及持续不断的水循环, 促使冰块逐步生长, 削减内部气泡与裂纹, 最终育成更为清澈、稳定的冰块。然而此类装置通常既昂贵又颇为占据空间, 在家庭中使用并不适宜。

如何挑选食用冰？

如何识别回炉冰？

要是家里制冰存在一定麻烦，那么购买现成的冰不失为一种挺好的选择。在选购预包装食用冰之际, 有着三个较为直观的判断方面。其一要看包装标识清晰, 且具备食品生产相关资质信息以及保质期。其二要看外观状况, 即透明度要高, 棱角需完整且很分明, 不存在大量白雾以及细碎杂质。其三要看融化之后的水质, 要求水质清澈, 并且没有异味。

第一点, 需要留意, 千万不能把工业冰当作食用冰去使用, 它们二者之间存有着核心区别, 这区别在标准方面。

吃东西时所用的冰, 得采用依照《生活饮用水卫生标准》(GB 5749 - 2022)的水源才行, 其生产的环境以及消杀的流程, 要严格依照食品安全的国家标准来, 它会被用于喝到嘴里的饮品、食材用来保鲜。而工业用冰, 并不要求符合食品卫生标准, 仅会被用于工程搞降温、物料进行冷链保鲜等并非食用的场景当中。这两者的标准差别极大完全不同, 这条界限是绝对不能触碰的, 在任何情况下都决计不能用工业的冰去替换食用的冰然后用以食用。

而且, 经历反复化冻又重新冻结过程的“回炉冰”, 存在四个典型特性情形是这样子的情形: 棱边角位置逐渐变得更为圆钝起来, 表面部位显得粗糙, 并且布满了裂纹, 整体呈现出发白的状态, 看起来并不透亮, 冰块之间相互粘连在一起结成硬块。要是化开之后出现了悬浮物或者絮状物情况, 那就表明微生物所带来的风险已经在显著程度上有所升高, 切不可进行购买行动。最后再次进行提醒告知: 冰块透与不透是否亮堂堂, 跟卫不卫生属于是两码不同之事, 安全性事宜是依赖于水源以及生产对应标准的, 并非是依据外观表现来予以判断的。

其实呀, 并非仅仅是反复地进行化冻然后又冻结这一情况, 单单只是温度频繁地出现波动, 便能够对冰的性质产生影响, 在此处举一个关于冰淇淋的例子。

冰碴满满口感大打折扣的冰淇淋, 原本放置在冰箱里, 香香软软的, 明明仍处于保质期内, 吃起来却沙沙硌牙, 根源在于温度波动, 它可是冰淇淋最大的敌害?

包含脂肪球、糖液、冰晶以及空气泡的复杂且混合的体系便是冰淇淋, 只有当冰晶的理想尺寸处于几十微米以下时才会呈现出细腻顺滑状态。当冰箱进行频繁开关操作之后, 温度出现波动情况时, 小冰晶会在局部位置发生融化现象, 融水借助基质作用扩散到成为大冰晶的地方再次冻结起来, 这种现象被称作奥斯特瓦尔德熟化。最终会形成能够咬得到的粗大冰碴。

假如仅仅是冰碴数量较多, 然而在整个过程当中始终维持冷冻状态, 包装完整无损并且不存在异常变质的情况, 通常而言依旧能够食用, 只不过口感欠佳罢了。可是要是曾经出现过完全融化之后又再次冷冻的情形, 即便尚未超过保质期, 也不建议进行食用。所以在保存冰淇淋时, 请记住以下这些要点: 保持在零下十八摄氏度以及更低的稳定温度, 放置在冷冻室靠里面的位置, 吃多少就挖取多少, 切勿反复进行化冻, 开封之后先用保鲜膜紧紧地贴在表面, 然后再盖上盖子, 如此一来便可以减少冰碴的产生。

目光到达此处, 想必诸位已然知晓, 表观上平平常常的一块冰, 其实质并非单纯地将水予以冻结这般简单。那冰封的进程, 抉择了它最终会呈现为净透般地莹如明曜, 还是于雾霭之中显出白芒层层；是否瞬间化为一杯清沥之醴, 亦或是在饮品里面留存更为长久, 得以持续更漫长绵延的时段。

一杯饮料当中的冰块之内, 实则暗藏着结晶进程、热量传导以及材料构造这些肉眼不可见的物理规律。下次望见饮料里的冰之际, 或许能够将其捞出瞧瞧是透明的还是浑浊的, 再多思索一秒: 它往昔历经了怎样的冻结历程, 才演变成如今这般模样。

策划制作

作者是刘玉柱, 他是南京信息工程大学物理学教授, 还是博导, 并且是江苏省科普作家协会常务理事。

审核丨孙明轩 上海工程技术大学教授、中国科普作家协会会员

阮光锋, 是科信食品与健康信息交流中心的副主任, 同时还是中华预防医学会健康传播分会的委员。

策划丨丁崝