ในระหว่างการผลิตซีอิ๊ว สารอินทรีย์ต่างๆ ในวัตถุดิบจะเกิดปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่ซับซ้อนภายใต้การทำงานของระบบเอนไซม์ต่างๆ ของจุลินทรีย์ต่างๆ ทำให้เกิดเป็นส่วนประกอบต่างๆ ในซีอิ๊ว ในบรรดาโปรตีนเหล่านี้ โปรตีนในวัตถุดิบผ่านกระบวนการไฮโดรไลซิสหลายชุดภายใต้การกระทำที่ต่อเนื่องของโปรตีเอสและเปปทิเดส ทำให้เกิดเปปไทด์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่างกัน อุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับการทำงานของโปรตีเอสและเปปไทเดสคือ 40–45 องศา .
โปรตีนจากพืชประกอบด้วยกรดอะมิโน 18 ชนิด กรดกลูตามิกและกรดแอสปาร์ติกมีส่วนทำให้เกิดรสอูมามิ ไกลซีน อะลานีน และทริปโตเฟนมีส่วนทำให้เกิดความหวาน ไทโรซีนมีส่วนทำให้เกิดรสขม และเปปไทด์มีส่วนทำให้เกิดรสอูมามิและรสชาติด้วย กรดอะมิโนไนโตรเจนคิดเป็นประมาณ 50% ของไนโตรเจนทั้งหมดในซีอิ๊วสำเร็จรูป หากเติมเกลือไม่เพียงพอหรือผสมน้ำเกลือไม่เท่ากัน แบคทีเรียที่เน่าเปื่อยสามารถพัฒนาได้ง่ายในส่วนผสมที่หมัก สลายกรดอะมิโนให้ผลิตแอมโมเนียและเอมีน ส่งผลให้สูญเสียรสชาติอูมามิและทำให้เกิดกลิ่นเหม็นและไม่พึงประสงค์ ดังนั้นการป้องกันจึงเป็นสิ่งสำคัญ อุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับการเจริญเติบโตของแบคทีเรียที่เน่าเสียง่ายคือประมาณ 30 องศา และสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมคือเป็นกลางหรือเป็นด่างเล็กน้อย
อะไมเลสไฮโดรไลซ์แป้งเพื่อผลิตน้ำตาล ให้สารอาหารสำหรับแบคทีเรียหมัก (เช่น แบคทีเรียกรดแลคติค) แบคทีเรียเหล่านี้จะค่อยๆ เพิ่มจำนวนและผ่านการหมักกรดแลกติก ทำให้เกิดสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดเล็กน้อยถึงเป็นกรด ซึ่งยับยั้งแบคทีเรียที่เน่าเปื่อยได้อย่างมีประสิทธิภาพ และสร้างสภาวะที่เอื้ออำนวยต่อการเจริญเติบโตและการหมักของยีสต์ โปรตีนยังคงไฮโดรไลซ์ต่อไปภายใต้การกระทำของโปรตีเอสที่เป็นกรด ในขณะเดียวกัน การหมักประเภทอื่นๆ ก็เกิดขึ้นเช่นกัน โดยได้ผลิตภัณฑ์ที่สอดคล้องกัน เช่น กรดอินทรีย์และแอลกอฮอล์
ในระหว่างการหมัก เซลลูโลส เฮมิเซลลูโลส เพคติน และไขมันในวัตถุดิบยังได้รับการเปลี่ยนแปลงของเอนไซม์ ทำให้เกิดผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวตามลำดับ
ในบรรดาผลิตภัณฑ์เหล่านี้ กรดอินทรีย์และแอลกอฮอล์จะเกิดปฏิกิริยาเอสเทอริฟิเคชันเพื่อสร้างเอสเทอร์ต่างๆ
นอกจากผลิตภัณฑ์กรดอะมิโนแล้ว ซีอิ๊วยังมีน้ำตาล เช่น เดกซ์ทริน มอลโตส กลูโคส และเพนโทส; กรดอินทรีย์ เช่น กรดแลกติก กรดอะซิติก กรดซิตริก กรดซัคซินิก กรดโพรพิโอนิก และกรดมาลิก แอลกอฮอล์ เช่น เอทานอล เมทานอล โพรพานอล บิวทานอล เพนทานอล และเฮกซานอล และเอสเทอร์ เช่น เอทิลอะซีเตต เอทิลแลคเตต บิวทิลอะซิเตต และเอทิลโพรพิโอเนต แต่ละสิ่งเหล่านี้มีส่วนทำให้มีรสชาติที่เป็นเอกลักษณ์ของซีอิ๊ว การเกิดสีน้ำตาลหรือการพัฒนาของสีก็เกิดขึ้นในระหว่างการต้มซีอิ๊วเช่นกัน การเกิดสีน้ำตาลมีสองประเภท: การเกิดสีน้ำตาลด้วยเอนไซม์และการเกิดสีน้ำตาลที่ไม่ใช่-ด้วยเอนไซม์ แบบแรกเกี่ยวข้องกับการออกซิเดชันของไทโรซีนเป็นเม็ดสีน้ำตาล (เมลานิน) ภายใต้การเร่งปฏิกิริยาของจุลินทรีย์ฟีนอลไฮดรอกซีเลสและโพลีฟีนอลออกซิเดส โดยส่วนใหญ่จะเกิดขึ้นในระยะหลังของการหมัก อย่างหลังไม่เกี่ยวข้องกับการมีส่วนร่วมของเอนไซม์โดยตรง มันเกิดขึ้นเมื่อผลิตภัณฑ์จากการหมัก เช่น กลูโคสและกรดอะมิโน ผ่านปฏิกิริยา Maillard เพื่อผลิตเมลาโนดิน การขยายระยะเวลาการหมักและการเพิ่มอุณหภูมิสามารถเพิ่มปฏิกิริยานี้ได้ แต่ส่งผลต่อการหมักด้วยเอนไซม์ ดังนั้นปฏิกิริยาการเกิดสีน้ำตาลนี้จึงสามารถใช้ได้ในขั้นตอนหลังของการหมักเท่านั้น การเกิดสีน้ำตาลด้านบนนี้จะผลิตเฉพาะซีอิ๊วที่มีสีอ่อน-เท่านั้น หากต้องการซีอิ๊วสีน้ำตาลเข้ม จะต้องเติมสีคาราเมล (ทำจากน้ำตาลคาราเมลที่อุณหภูมิ 150-200 องศา ซึ่งเป็นกระบวนการที่ไม่เกี่ยวข้องกับการหมักซีอิ๊ว) ดังนั้นการผสมโคจิ (สารตั้งต้นการหมัก) ที่เตรียมไว้กับน้ำเกลือในระหว่างกระบวนการหมักบ่มจะช่วยเร่งการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของเอนไซม์ต่างๆ ที่อุณหภูมิที่เหมาะสม ทำให้เกิดส่วนผสมของอูมามิ ความหวาน รสแอลกอฮอล์ ความเปรี้ยว และความเค็มของน้ำเกลือ ส่งผลให้ได้สี กลิ่น รส และเนื้อซอสที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะตัว การก่อตัวของส่วนประกอบของกลิ่นซีอิ๊วมีความซับซ้อนมากขึ้น โดยมีการค้นพบส่วนประกอบของกลิ่นมากกว่า 80 ชนิด ซึ่งส่วนใหญ่รวมถึงเอสเทอร์ แอลกอฮอล์ สารประกอบไฮดรอกซี อะซีตัล และฟีนอล แหล่งที่มา ได้แก่ แหล่งที่มาที่สร้างขึ้นจากวัตถุดิบ ซึ่งประกอบด้วยสารเมตาบอไลต์ของ Aspergillus แหล่งที่มาที่เกิดจากสารเมตาบอไลต์ของแบคทีเรียกรดแลคติคที่ทนต่อเกลือ และแหล่งที่มาจากปฏิกิริยาทางเคมี
