Khối lượng là một tín hiệu liên tục của quá trình rang
Trong quá trình rang, hạt cà phê không riêng thay đổi màu và mùi. Khối lượng cũng giảm theo thời gian vì nước, khí và các chất dễ bay hơi rời khỏi cấu trúc hạt, đồng thời xảy ra các biến đổi vật lý và hóa học do nhiệt. Nghiên cứu của Hernández và cộng sự đã theo dõi trực tiếp nhiệt độ và khối lượng trong quá trình rang theo mẻ, cho thấy khối lượng có thể được ghi nhận trực tuyến cùng với các biến nhiệt.
Điều này khiến đường cong khối lượng trở thành một nguồn dữ liệu hữu ích. Tuy nhiên, dữ liệu chỉ có ý nghĩa khi biết nó được đo ở đâu, bằng cách nào và trong điều kiện nguyên liệu nào.
Khối lượng giảm không riêng vì một nguyên nhân
Ở giai đoạn đầu, nước trong hạt được gia nhiệt và thoát ra. Khi nhiệt tiếp tục tăng, các phản ứng rang làm cấu trúc hạt thay đổi, khí được tạo thành và các chất dễ bay hơi có thể thoát ra. Vì vậy, đường cong khối lượng là kết quả của nhiều cơ chế chồng lên nhau.
Hernández và cộng sự mô hình hóa quá trình truyền nhiệt và truyền khối trong rang theo mẻ, đồng thời đo nhiệt độ và mất khối lượng. Bottazzi và cộng sự cũng xây dựng mô hình số xét đến truyền nhiệt, bay hơi ẩm và các phản ứng liên quan đến rang. Hai hướng nghiên cứu này cho thấy không nên đọc một đoạn giảm khối lượng như thể nó chỉ đại diện cho một hiện tượng.

Thời gian và nhiệt độ tạo nên hình dạng đường cong
Nếu điều kiện nhiệt thay đổi, tốc độ mất khối lượng cũng thay đổi. Nghiên cứu về động học mất khối lượng của cà phê Arabica cho thấy mức mất khối lượng phụ thuộc vào điều kiện nhiệt của quá trình. Trong nghiên cứu đó, tốc độ mất khối lượng được mô tả bằng mô hình động học và thay đổi theo nhiệt độ rang.
Điều này không có nghĩa một đường cong của một loại cà phê có thể áp dụng cho tất cả loại khác. Độ ẩm ban đầu, kích thước hạt, giống, thiết bị và cấu hình rang đều có thể làm thay đổi diễn biến.
Mức rang có thể được nhìn từ nhiều tín hiệu đồng thời
Màu sắc, nhiệt độ hạt, thời gian và khối lượng mất đi có thể cùng được sử dụng để mô tả trạng thái rang. Hernández và cộng sự nghiên cứu động học độ sáng và diện tích bề mặt trong rang, cho thấy màu và các biến vật lý có thể được mô hình hóa theo tiến trình nhiệt.
Nếu chỉ dùng khối lượng để xác định mức rang, người vận hành có thể bỏ qua những trường hợp hai mẻ có cùng mức hao hụt nhưng lịch sử nhiệt khác nhau. Vì thế, đường cong khối lượng phù hợp hơn với vai trò tín hiệu kiểm soát khi được đọc cùng dữ liệu nhiệt và thời gian.
Phải tách mất khối lượng trong lò với thay đổi sau rang
Ngay khi lấy hạt ra khỏi máy, quá trình sau rang chưa kết thúc hoàn toàn. Khí tiếp tục thoát ra và khối lượng có thể tiếp tục thay đổi. Nếu cân một mẻ ngay sau khi làm nguội rồi cân lại sau một khoảng thời gian khác, kết quả có thể không còn phản ánh cùng một trạng thái.
Vì vậy, khi xây dựng đường cong để so sánh mẻ, cần quy định rõ thời điểm cân. Nếu điểm cân trước và sau không thống nhất, phần chênh lệch có thể chứa cả khác biệt về điều kiện sau rang chứ không riêng khác biệt trong lò.
Đọc đường cong để kiểm soát mẻ
Một đường cong hữu ích có thể cho biết tốc độ mất khối lượng đang thay đổi theo thời gian, mẻ nào có diễn biến bất thường và điểm nào cần kiểm tra lại. Nếu cùng nguyên liệu và cùng cấu hình rang nhưng một mẻ có đường cong lệch rõ, dữ liệu này có thể trở thành tín hiệu sớm để kiểm tra nhiệt, lưu lượng khí, thời gian hoặc điều kiện nguyên liệu.
Nhưng không nên dùng một tỷ lệ hao hụt cố định làm chuẩn cho mọi cà phê. Một giá trị chỉ có ý nghĩa trong phạm vi điều kiện mà nó được xác lập. Nghiên cứu động học của Vargas-Elías và cộng sự cũng được thực hiện trên Arabica với một hệ thống và điều kiện rang cụ thể.
Khối lượng hữu ích nhất khi trở thành dữ liệu có ngữ cảnh
Muốn biến đường cong khối lượng thành công cụ kiểm soát, cần ghi cùng nó khối lượng nạp, độ ẩm nguyên liệu nếu có, thời gian, nhiệt độ, cấu hình thiết bị, thời điểm cân và điều kiện làm nguội. Khi các dữ liệu đó đi cùng nhau, khối lượng mất đi không còn là một con số đứng riêng mà trở thành một dấu vết của quá trình.
Trong thực tế, quy tắc này nên được viết thành hướng dẫn thao tác ngắn để người khác có thể lặp lại. Khi phép đo được chuẩn hóa, đường cong khối lượng mới có thể dùng để theo dõi xu hướng dài hạn thay vì chỉ phục vụ một lần kiểm tra.
Một đường cong chỉ có thể so sánh nếu mốc thời gian và trạng thái mẫu được định nghĩa trước. Có thể chọn khối lượng nạp làm điểm bắt đầu và khối lượng sau khi làm nguội đến điều kiện quy định làm điểm kết thúc. Nếu thay đổi cách xác định hai mốc giữa các mẻ, tỷ lệ hao hụt sẽ chứa thêm sai lệch phương pháp.
Cần xác định rõ điểm bắt đầu và điểm kết thúc của phép đo
Đường cong cũng có thể giúp đánh giá tính lặp lại. Khi nhiều mẻ cùng nguyên liệu được đặt trên cùng hệ tọa độ thời gian và khối lượng, hình dạng trung bình và độ lệch của từng mẻ có thể được quan sát. Nếu một mẻ lệch khỏi vùng thông thường, dữ liệu nhiệt và vận hành có thể được xem lại để tìm nguyên nhân. Cách dùng này thực tế hơn việc tìm một tỷ lệ hao hụt lý tưởng duy nhất.
Tài liệu tham khảo
- [1] Hernández et al. (2007), Analysis of the heat and mass transfer during coffee batch roasting, Journal of Food Engineering 78, 1141–1148. DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2005.12.041.
- [2] Bottazzi et al. (2012), A numerical approach for the analysis of the coffee roasting process, Journal of Food Engineering 112, 243–252. DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2012.04.009.
- [3] Vargas-Elías et al. (2016), Kinetics of mass loss of Arabica coffee during roasting process, Engenharia Agrícola 36, 300–308. DOI: 10.1590/1809-4430-Eng.Agric.v36n2p300-308/2016.
- [4] Hernández, Heyd & Trystram (2008), Prediction of brightness and surface area kinetics during coffee roasting, Journal of Food Engineering 89, 156–163. DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2008.04.026.
Weight is a continuous signal of the roasting process
During roasting, coffee beans don't just change in color and smell. Weight also decreases over time as water, gas, and volatile substances leave the bean's structure, alongside physical and chemical changes driven by heat. Research by Hernández and colleagues directly tracked temperature and mass during batch roasting, showing that mass can be recorded online alongside thermal variables.
This makes the mass curve a useful data source. However, the data only carries meaning once you know where, how, and under what raw-material conditions it was measured.
Mass loss doesn't stem from a single cause
In the early stage, water within the bean is heated and released. As heat continues rising, roasting reactions change the bean's structure, gas forms, and volatile substances can escape. So the mass curve is the result of several overlapping mechanisms.
Hernández and colleagues modeled heat and mass transfer in batch roasting while measuring temperature and mass loss. Bottazzi and colleagues also built a numerical model accounting for heat transfer, moisture evaporation, and roasting-related reactions. Both research directions show that a section of mass decline shouldn't be read as if it represents just one phenomenon.

Time and temperature shape the curve
If thermal conditions change, the rate of mass loss changes too. Research on the mass-loss kinetics of Arabica coffee shows the level of mass loss depends on the process's thermal conditions. In that study, the rate of mass loss was described with a kinetic model and varied with roasting temperature.
This doesn't mean a curve from one type of coffee can be applied to every other type. Initial moisture, bean size, variety, equipment, and roast configuration can all change the trajectory.
Roast level can be viewed from several simultaneous signals
Color, bean temperature, time, and mass lost can all be used together to describe roast state. Hernández and colleagues studied brightness and surface-area kinetics during roasting, showing color and physical variables can be modeled along the thermal process.
If mass alone is used to determine roast level, an operator might overlook cases where two batches have the same weight loss but different thermal histories. So the mass curve fits better in the role of a control signal when read alongside temperature and time data.
In-roaster mass loss needs to be separated from post-roast change
The moment beans leave the machine, the post-roast process hasn't fully ended. Gas keeps escaping and mass can keep changing. If a batch is weighed right after cooling and then reweighed after a different time interval, the result may no longer reflect the same state.
So when building a curve to compare batches, the weighing moment needs to be clearly defined. If the before-and-after weighing points aren't consistent, the difference can include post-roast condition differences alongside the in-roaster differences.
Reading the curve to control a batch
A useful curve can show how the rate of mass loss changes over time, which batch has an unusual pattern, and which point needs rechecking. If the same raw material and roast configuration produce one batch with a clearly deviated curve, this data can become an early signal to check temperature, airflow, time, or raw-material conditions.
But a fixed loss ratio shouldn't be used as a standard for every coffee. A value only carries meaning within the conditions under which it was established. The kinetic study by Vargas-Elías and colleagues was also conducted on Arabica with one specific system and roasting conditions.
Mass is most useful when turned into contextual data
To turn the mass curve into a control tool, it needs to be recorded alongside charge weight, raw-material moisture if available, time, temperature, equipment configuration, weighing moment, and cooling conditions. When this data travels together, the mass lost stops being a standalone number and becomes a trace of the process.
In practice, this rule should be written into a short operating guide so others can repeat it. Once measurement is standardized, the mass curve can be used to track long-term trends instead of only serving a one-off check.
A curve can only be compared if the time markers and sample state are defined in advance. You can choose charge weight as the starting point and post-cooling weight at a defined condition as the endpoint. If the way these two markers are determined changes between batches, the loss ratio will carry additional methodological error.
The measurement's start and end points need to be clearly defined
The curve can also help assess repeatability. When multiple batches of the same raw material are placed on the same time-and-mass coordinate system, the average shape and each batch's deviation can be observed. If a batch deviates from the usual range, thermal and operational data can be reviewed to find the cause. This use is more practical than searching for a single ideal loss ratio.
References
- Hernández et al. (2007). Analysis of the heat and mass transfer during coffee batch roasting. Journal of Food Engineering, 78, 1141–1148. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2005.12.041
- Bottazzi et al. (2012). A numerical approach for the analysis of the coffee roasting process. Journal of Food Engineering, 112, 243–252. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2012.04.009
- Vargas-Elías et al. (2016). Kinetics of mass loss of Arabica coffee during roasting process. Engenharia Agrícola, 36, 300–308. https://doi.org/10.1590/1809-4430-Eng.Agric.v36n2p300-308/2016
- Hernández, Heyd & Trystram (2008). Prediction of brightness and surface area kinetics during coffee roasting. Journal of Food Engineering, 89, 156–163. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2008.04.026
