Soya sosu demleme sırasında ham maddelerdeki çeşitli organik maddeler, çeşitli mikroorganizmaların farklı enzim sistemlerinin etkisi altında karmaşık biyokimyasal reaksiyonlara girerek soya sosunda çeşitli bileşenler oluşturur. Bunlar arasında ham maddelerdeki proteinler, proteazların ve peptidazların ardışık etkisi altında bir dizi hidroliz prosesine tabi tutularak farklı molekül ağırlıklarında peptitler üretilir. Proteazların ve peptidazların etkisi için en uygun sıcaklık 40-45 derecedir.
Bitki proteinleri 18 amino asit içerir; glutamik asit ve aspartik asit umami lezzetine katkıda bulunur, glisin, alanin ve triptofan tatlılığa katkıda bulunur, tirozin acılığa katkıda bulunur ve peptidler de umami ve lezzete katkıda bulunur. Amino asit nitrojeni, bitmiş soya sosundaki toplam nitrojenin yaklaşık %50'sini oluşturur. Yetersiz tuz eklenirse veya salamura eşit şekilde karıştırılmazsa, fermente mayşede çürütücü bakteriler kolaylıkla gelişebilir, amino asitleri amonyak ve aminler üretecek şekilde parçalayabilir, bu da umami aromasının kaybına ve kötü ve hoş olmayan kokuların oluşmasına neden olabilir. Bu nedenle önleme çok önemlidir. Paslandırıcı bakterilerin büyümesi için en uygun sıcaklık yaklaşık 30 derecedir ve uygun ortam nötr veya hafif alkalidir.
Amilaz, şeker üretmek için nişastayı hidrolize ederek fermentatif bakterilere (laktik asit bakterileri gibi) besin sağlar. Bu bakteriler yavaş yavaş çoğalır ve laktik asit fermantasyonuna uğrayarak, paslandırıcı bakterileri etkili bir şekilde engelleyen ve maya büyümesi ve fermantasyonu için uygun koşullar yaratan hafif asidik ila asidik bir ortam yaratır. Proteinler asidik proteazların etkisi altında hidrolize olmaya devam eder. Eş zamanlı olarak, organik asitler ve alkoller gibi ilgili ürünlerin üretildiği diğer fermantasyon türleri de meydana gelir.
Fermantasyon sırasında hammaddelerdeki selüloz, hemiselüloz, pektin ve yağlar da enzimatik değişikliklere uğrayarak ilgili ayrışma ürünlerini oluşturur.
Bu ürünlerden organik asitler ve alkoller esterleşme reaksiyonlarına girerek çeşitli esterler oluştururlar.
Soya sosu, amino asit ürünlerinin yanı sıra dekstrin, maltoz, glikoz ve pentoz gibi şekerleri de içerir; laktik asit, asetik asit, sitrik asit, süksinik asit, propiyonik asit ve malik asit gibi organik asitler; etanol, metanol, propanol, bütanol, pentanol ve heksanol gibi alkoller; ve etil asetat, etil laktat, bütil asetat ve etil propiyonat gibi esterler. Bunların her biri soya sosunun eşsiz lezzetine katkıda bulunur. Soya sosu demleme sırasında esmerleşme veya renk gelişimi de meydana gelir. İki tür esmerleşme vardır: enzimatik esmerleşme ve-enzimatik olmayan kahverengileşme. Birincisi, mikrobiyal fenol hidroksilaz ve polifenol oksidazın katalizi altında tirozinin kahverengi pigmentlere (melanin) oksidasyonunu içerir ve esas olarak fermantasyonun sonraki aşamalarında meydana gelir. İkincisi doğrudan enzim katılımını içermez; glikoz ve amino asitler gibi fermantasyon ürünleri, melanoidinler üretmek için Maillard reaksiyonuna girdiğinde ortaya çıkar. Fermantasyon süresinin uzatılması ve sıcaklığın arttırılması bu reaksiyonu arttırabilir ancak enzimatik fermantasyonu etkileyebilir. Bu nedenle bu esmerleşme reaksiyonu yalnızca fermantasyonun sonraki aşamalarında kullanılabilir. Yukarıdaki kızartma işlemi yalnızca açık-renkli soya sosu üretir. Koyu kahverengi soya sosu isteniyorsa karamel renklendirici (şekerin 150-200 derecede karamelize edilmesiyle yapılır, soya sosu fermantasyonunda yer almayan bir işlemdir) eklenmelidir. Bu nedenle, hazırlanan kojinin (fermantasyon başlatıcısı) kuluçka fermantasyon işlemi sırasında salamura ile karıştırılması, çeşitli enzimlerin uygun sıcaklıklarda kimyasal değişimlerini hızlandırır, salamuranın umami, tatlılık, alkollü tat, ekşilik ve tuzluluğundan oluşan bir karışım üreterek soya sosunun benzersiz rengi, aroması, tadı ve gövdesi elde edilir. Soya sosu aroma bileşenlerinin oluşumu daha da karmaşıktır; başta esterler, alkoller, hidroksi bileşikleri, asetaller ve fenoller olmak üzere 80'den fazla eser aroma bileşeni keşfedilmiştir. Kaynakları arasında ham maddelerden üretilenler, Aspergillus metabolitlerinden oluşanlar, tuza dayanıklı laktik asit bakterisi metabolitleri tarafından üretilenler ve kimyasal reaksiyonlarla üretilenler yer alır.
