Trong các đặc tính của hạt cà phê xanh, độ ẩm có tác động lớn nhất đến cách cà phê được rang. Độ ẩm ảnh hưởng đến tốc độ truyền nhiệt và lượng năng lượng cần thiết để hoàn thành quá trình rang. Quá trình bốc hơi độ ẩm là yếu tố chính tạo áp suất bên trong hạt, dẫn đến hiện tượng nứt đầu tiên (first crack). Ngoài ra, độ ẩm trong các giai đoạn khác nhau của quá trình rang cũng ảnh hưởng đến tốc độ các phản ứng hóa học diễn ra.

Sự thay đổi độ ẩm trong quá trình rang
Mặc dù hạt cà phê mất độ ẩm trong quá trình rang, ngay cả ở mức rang đậm, chúng vẫn giữ lại một lượng nhỏ độ ẩm, thường là 1–3%, tùy thuộc vào loại cà phê và điều kiện rang. Tốc độ mất độ ẩm thay đổi theo điều kiện rang. Trong các máy rang sử dụng nhiệt đối lưu, tốc độ mất độ ẩm có thể ổn định trong suốt quá trình. Tuy nhiên, khi cấu trúc hạt bắt đầu phân rã ở giai đoạn sau, tốc độ này có thể tăng lên.
Sự khác biệt về độ ẩm giữa các hạt trong cùng một mẻ rang, hoặc thậm chí trong một hạt, cũng có thể ảnh hưởng đến cách cà phê được rang. Ví dụ, hạt có độ ẩm ban đầu cao thường mất nước nhanh hơn ở giai đoạn đầu, nhưng đến cuối quá trình, độ ẩm còn lại trong hạt thường giống với hạt có độ ẩm ban đầu thấp hơn.

Nước không chỉ bay hơi ở 100°C
Ban đầu, nước bốc hơi trong quá trình rang là nước “tự do” (free water) – đây là phần nước không liên kết chặt với cấu trúc hạt, dễ dàng tham gia vào các phản ứng hóa học. Khi nhiệt độ trong hạt tăng, áp suất bên trong hạt cũng tăng, làm tăng điểm sôi của nước lên trên 100°C. Tuy nhiên, ngoài nước tự do, hạt còn chứa nước “liên kết” (bound water), được gắn chặt với cấu trúc của hạt. Nước liên kết cần nhiều năng lượng hơn để bay hơi. Khi nhiệt độ tăng, nước liên kết tách khỏi cấu trúc hạt, gia nhập vào lượng nước tự do, khiến hoạt tính nước (water activity) của hạt tăng lên.
Các phản ứng hóa học trong quá trình rang cũng tạo ra một lượng nước, góp phần vào sự gia tăng áp suất trong hạt. Áp suất bên trong hạt có thể đạt tới 25 bar (360 psi), làm nở cấu trúc hạt, gây ra hiện tượng nứt đầu tiên và thúc đẩy các phản ứng hóa học.
Độ ẩm trong quá trình rang đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát chất lượng và hương vị cà phê. Hiểu rõ cách độ ẩm ảnh hưởng đến các phản ứng hóa học và sự thay đổi cấu trúc hạt là chìa khóa để đạt được một mẻ rang đồng đều và hương vị mong muốn.