Tokom pripreme soja sosa, različite organske supstance u sirovinama prolaze kroz složene biohemijske reakcije pod dejstvom različitih enzimskih sistema različitih mikroorganizama, formirajući različite komponente u soja sosu. Među njima, proteini u sirovinama prolaze kroz niz procesa hidrolize pod uzastopnim djelovanjem proteaza i peptidaza, stvarajući peptide različite molekularne težine. Optimalna temperatura za djelovanje proteaza i peptidaza je 40-45 stepeni.
Biljni proteini sadrže 18 aminokiselina; glutaminska kiselina i asparaginska kiselina doprinose ukusu umamija, glicin, alanin i triptofan doprinose slatkoći, tirozin doprinosi gorčini, a peptidi takođe doprinose umamiju i ukusu. Azot aminokiselina čini oko 50% ukupnog dušika u gotovom soja sosu. Ako se doda nedovoljno soli ili se slana otopina ne pomiješa ravnomjerno, u fermentiranoj kaši se lako mogu razviti truležne bakterije, razgrađujući aminokiseline da proizvode amonijak i amine, što rezultira gubitkom okusa umamija i stvaranjem neugodnih i neugodnih mirisa. Stoga je prevencija ključna. Optimalna temperatura za rast truležnih bakterija je oko 30 stepeni, a pogodno okruženje je neutralno ili blago alkalno.
Amilaza hidrolizira škrob kako bi proizvela šećere, osiguravajući hranjive tvari za fermentativne bakterije (kao što su bakterije mliječne kiseline). Ove bakterije se postupno razmnožavaju i podvrgavaju fermentaciji mliječne kiseline, stvarajući blago kiselu do kiselu sredinu koja učinkovito inhibira truležne bakterije i stvara povoljne uvjete za rast i fermentaciju kvasca. Proteini nastavljaju hidrolizirati pod djelovanjem kiselih proteaza. Istovremeno, javljaju se i druge vrste fermentacije, koje proizvode odgovarajuće proizvode kao što su organske kiseline i alkoholi.
Tokom fermentacije, celuloza, hemiceluloza, pektin i masti u sirovinama takođe prolaze kroz enzimske promene, formirajući odgovarajuće proizvode razgradnje.
Među tim proizvodima, organske kiseline i alkoholi prolaze kroz reakcije esterifikacije kako bi se formirali različiti esteri.
Osim proizvoda od aminokiselina, soja sos sadrži šećere kao što su dekstrin, maltoza, glukoza i pentoza; organske kiseline kao što su mliječna kiselina, octena kiselina, limunska kiselina, jantarna kiselina, propionska kiselina i jabučna kiselina; alkoholi kao što su etanol, metanol, propanol, butanol, pentanol i heksanol; i estri kao što su etil acetat, etil laktat, butil acetat i etil propionat. Svaki od njih doprinosi jedinstvenom ukusu soja sosa. Zatamnjenje, odnosno razvoj boje, takođe se dešava tokom kuvanja soja sosa. Postoje dvije vrste posmeđivanja: enzimsko smeđe i ne-enzimsko smeđe. Prvi uključuje oksidaciju tirozina u smeđe pigmente (melanin) pod katalizom mikrobne fenol hidroksilaze i polifenol oksidaze, prvenstveno koja se javlja u kasnijim fazama fermentacije. Ovo poslednje ne uključuje direktno učešće enzima; javlja se kada proizvodi fermentacije kao što su glukoza i aminokiseline prolaze kroz Maillardovu reakciju kako bi proizveli melanoidine. Produženje perioda fermentacije i povećanje temperature mogu pojačati ovu reakciju, ali utjecati na enzimsku fermentaciju. Stoga se ova reakcija smeđenja može koristiti samo u kasnijim fazama fermentacije. Gornjim zapečenjem nastaje samo svijetli-soja sos. Ako se želi tamno smeđi soja sos, mora se dodati karamel boja (napravljena karamelizacijom šećera na 150-200 stepeni, proces koji nije uključen u fermentaciju soja sosa). Stoga, miješanje pripremljenog koji (startera za fermentaciju) sa slanom otopinom tokom procesa inkubacijske fermentacije ubrzava kemijske promjene različitih enzima na odgovarajućim temperaturama, stvarajući mješavinu umamija, slatkoće, alkoholnog okusa, kiselosti i slanosti salamure, što rezultira jedinstvenom bojom, aromom, okusom i tijelom soja sosa. Formiranje komponenti arome soja sosa je još složenije, sa više od 80 otkrivenih komponenti arome u tragovima, uglavnom uključujući estere, alkohole, hidroksi jedinjenja, acetale i fenole. Njihovi izvori uključuju one koji nastaju iz sirovina, one koji se sastoje od metabolita Aspergillusa, one koje generiraju metaboliti bakterija mliječne kiseline otporne na sol, te one nastale kemijskim reakcijama.
