Bên cạnh việc ảnh hưởng đến truyền nhiệt, độ ẩm còn đóng vai trò trong các phản ứng hóa học diễn ra trong quá trình rang. Hàm lượng nước và hoạt tính nước ở các giai đoạn khác nhau trong quá trình rang có tác động lớn đến tốc độ thay đổi hóa học và vật lý trong cà phê. Nước là yếu tố thiết yếu trong một số phản ứng, chẳng hạn như phản ứng Maillard. Một số phản ứng khác có thể không sử dụng nước trực tiếp, nhưng độ ẩm có thể ảnh hưởng đến tốc độ xảy ra của chúng.
Tuy nhiên, trong thực tế, rất khó xác định cách độ ẩm ảnh hưởng đến quá trình rang. Chúng ta có thể dễ dàng thêm nước vào cà phê xanh để quan sát tác động, nhưng khó phân biệt liệu nước thêm vào ảnh hưởng trực tiếp đến các phản ứng hóa học hay chỉ đơn thuần làm thay đổi tốc độ truyền nhiệt. Các nghiên cứu so sánh hạt cà phê có độ ẩm khác nhau, được rang trong cùng điều kiện, cho thấy cà phê có độ ẩm cao thường phát triển ít hơn. Điều này có khả năng là do thay đổi trong truyền nhiệt, vì độ ẩm cao yêu cầu nhiều nhiệt hơn để phát triển đến mức tương đương.
Dù khó tách biệt vai trò của nước trong phản ứng hóa học khỏi tác động của nó đến truyền nhiệt, một số nhà rang cho rằng cà phê xanh có độ ẩm cao thường tạo ra hương vị tốt hơn khi được rang. Ví dụ, một số thử nghiệm cho thấy thêm nước vào cà phê xanh cải thiện hương vị, mặc dù khó xác định liệu điều này là do thay đổi trong hóa học rang hay chỉ do sự khác biệt trong truyền nhiệt.
Độ ẩm tạo ra trong quá trình rang
Một số phản ứng hóa học trong quá trình rang tạo ra thêm nước, làm cho việc hiểu đầy đủ vai trò của độ ẩm trở nên khó khăn hơn. Những phản ứng này có thể đóng góp tới 40% lượng nước thoát ra từ hạt cà phê trong quá trình rang. Do đó, ngay cả những hạt cà phê xanh khô nhất cũng sẽ có một lượng nước nhất định để tham gia vào các phản ứng khi quá trình rang bắt đầu (Geiger và cộng sự 2005).
Trong một số nghiên cứu, người ta đo lượng nước thoát ra trong khí thải khi rang, so sánh với lượng nước từ những hạt cà phê đã được làm khô trước đó. Kết quả cho thấy, ở giai đoạn đầu của quá trình rang, phần lớn nước bay hơi từ hạt là độ ẩm đã có sẵn. Sau khi phần lớn độ ẩm ban đầu bay hơi, lượng nước tạo ra từ các phản ứng hóa học chiếm phần lớn độ ẩm thoát ra từ hạt.
Cuối quá trình rang, lượng nước bay hơi từ các phản ứng hóa học giảm dần. Điều này có thể do các hợp chất tham gia phản ứng cạn kiệt, hoặc nước được sử dụng trong các phản ứng khác thay vì bay hơi.
Độ ẩm và phản ứng Maillard
Hàm lượng nước ảnh hưởng mạnh đến tốc độ của phản ứng Maillard. Một lượng nước nhất định là cần thiết để phản ứng Maillard diễn ra. Trong hầu hết các loại thực phẩm, phản ứng Maillard xảy ra nhanh nhất khi hoạt tính nước nằm trong khoảng 0.65-0.75 và gần như dừng lại khi hoạt tính nước giảm dưới 0.3 (Wong và cộng sự, 2015).
Mối quan hệ giữa hoạt tính nước và độ ẩm thay đổi theo nhiệt độ. Do đó, hoạt tính nước trong quá trình rang không giống với hoạt tính nước đo ở nhiệt độ phòng. Ở nhiệt độ cao hơn, hoạt tính nước tăng lên, ngay cả khi cà phê đã khô đáng kể, vẫn có thể đủ để phản ứng Maillard diễn ra.
Do phản ứng Maillard phụ thuộc vào một lượng độ ẩm nhất định, chúng bắt đầu chậm lại ở giai đoạn cuối của quá trình rang khi độ ẩm giảm. Hàm lượng nước cũng có thể thay đổi hỗn hợp các hợp chất thơm được tạo ra từ phản ứng Maillard, nhưng liệu tác động này có ý nghĩa trong điều kiện rang thông thường hay không vẫn chưa rõ.
Độ ẩm và tốc độ phản ứng
Độ ẩm được cho là ảnh hưởng đến tốc độ của các phản ứng khác trong hạt. Ví dụ, nước dường như tham gia vào quá trình phân hủy axit chlorogenic, đặc biệt là ở giai đoạn đầu của quá trình rang. Nhiều phản ứng diễn ra nhanh hơn ở áp suất cao. Trong quá trình rang, áp suất cao hình thành bên trong hạt do độ ẩm bay hơi, vì vậy hàm lượng nước có thể ảnh hưởng đến tốc độ của các phản ứng này.
Trong quá trình rang, hạt cà phê trải qua một “giai đoạn chuyển tiếp thủy tinh”, khi cấu trúc hạt thay đổi từ trạng thái dẻo sang trạng thái giòn. Lúc này, việc các hợp chất trong hạt di chuyển và phản ứng với nhau trở nên khó khăn hơn, làm giảm tốc độ của nhiều phản ứng. Nhiệt độ xảy ra giai đoạn này phụ thuộc vào hàm lượng nước trong hạt.
