Trong quá trình sản xuất rượu vang, lên men là giai đoạn quyết định để chuyển hóa dịch đường thành rượu dưới tác động của nấm men. Quá trình lên men ảnh hưởng trực tiếp đến rượu vang. Dựa vào cơ chế tác dụng, quá trình sản xuất rượu vang được chia thành 4 giai đoạn:
a) Giai đoạn chuẩn bị dịch lên men
Nguyên liệu lý tưởng nhất để sản xuất rượu vang là nho, tuy nhiên nếu dùng các loại trái cây khác thì chúng thường có hàm lượng đường không cao và độ acid cao. Do vậy, đối với loại quả không phải là nho, người ta thường điều chỉnh tổng lượng đường sao cho đạt 16 – 18% , pH đạt 4.0 – 4.2 là tốt nhất. Sau đó phải thanh trùng dịch lên men hoặc bổ sung SO2 để tiêu diệt vi sinh vật (Nguyễn Đức Lượng, 2010).
b) Giai đoạn lên men chính
Đây là giai đoạn tạo rượu chủ yếu được thực hiện bởi nấm men. Nấm men chuyển hóa thành etanol và CO2. Bên cạnh sản phẩm chính là etanol, trong giai đoạn này còn tạo ra các sản phẩm phụ khác như: ester, aldehyde, rượu cao phân tử, acid hữu cơ…Với nồng độ rượu thích hợp sau quá trình này có thể ức chế hoạt động của nấm men ở giai đoạn cuối, đồng thời pH của dịch lên men giảm tạo môi trường thích hợp cho các vi khuẩn lactic hoạt động, đây là tác nhân chính của quá trình lên men malolactic tiếp theo. Rượu sau giai đoạn lên men chính còn gọi là rượu non.
Giai đoạn này có nhiều biến đổi trong nước quả nhưng người ta chú ý nhất là độ cồn hình thành. Kết thúc quá trình lên men chính độ cồn thường đạt khoảng 8 – 10 (Nguyễn Đức Lượng, 2010).
c) Giai đoạn lên men phụ (tàng trữ)
Giai đoạn này được thực hiện bởi nấm men và vi khuẩn lactic để tiếp tục lên men tạo etanol làm chín rượu và làm hạn chế sự phát triển của vi sinh vật gây hại, do đó làm tăng thời gian bảo quản sản phẩm. Đặc biệt trong giai đoạn này xảy ra phản ứng lên men malolactic của vi khuẩn lactic chuyển hóa diacetyl, acetone và 2,3-buty glycol thành những hợp chất tạo hương, làm giảm nồng độ các chất gây ngộ độc trong rượu vang thành phẩm. Sau giai đoạn lên men phụ, pH của rượu tăng lên một ít vì mức độ phân ly của acid lactic của acid malic ban đầu. Cuối giai đoạn, rượu vang được hình thành, CO2 được bão hòa, các hạt lơ lửng trong vang và các muối tartrat lắng xuống làm vang trong , đồng thời rượu vang có hương vị hài hòa, đặc trưng (Trần Thị Luyến, 2007).
Mục đích của lên men phụ là ổn định chất lượng rượu và làm tăng hương thơm cho rượu. Giai đoạn này tính từ sau khi lên men rượu xong, gạn cặn lần đầu. Giai đoạn này không xảy ra ồ ạt nữa, chỉ còn xót lại một ít men phân hủy những gram
đường cuối cùng. Đồng thời vi khuẩn lactic bắt đầu hoạt động lên men malolactic làm cho rượu bớt chua. CO2 vẫn tiếp tục được giải phóng nhưng ít dần, xác men lắng xuống đáy bình và phải gạn lọc 2 – 3 lần. Sau khi gạn lọc lần cuối cùng, thành phần của rượu non đã ổn định cơ bản. Trường hợp sau khi lên men, lượng cồn tạo thành quá thấp sẽ xảy ra hiện tượng chua rượu do quá trình lên men acetic. Do vậy phải tăng thêm lượng cồn cho rượu nhằm đảm bảo chất lượng rượu (Trần Thị Luyến, 2007).
d) Giai đoạn ổn định sản xuất
Sau khi thành phần rượu non đã ổn định, người ta còn áp dụng một số biện pháp kỹ thuật nhằm tăng chất lượng rượu trước khi cho rượu chín ra thành phẩm. Trong đó, việc chuyển rượu vào phòng lạnh dưới 10 sau khi điều chỉnh độ cồn trong rượu là cần thiết. Ở nhiệt độ này, tất cả những thành phần không tan sẽ lắng xuống đáy và người ta gạn cặn lắng ra một lần nữa. Rượu sau khi được làm xong sẽ được tiếp tục tồn trữ càng lâu càng tốt.