Mục đích; Chuyển hoá các chất có trong thành phần dịch đường thành rượu dưới tác động của nấm men trong những điều kiện nhân tạo.
Yêu cầu; Lên men chuyển hoá các thành phần dịch đường thành rượu đúng như yêu cầu của công đoạn, không bị nhiễm tạp, tạo ra vang non có chất lượng cao.
Phương pháp tiến hành và các biến đổi xảy ra khi lên men chính
            * Chủng nấm men lên men rượu vang
          Saccharomyces vini (Trước đây gọi là Saccharomyces ellipsoideus, Saccharomyces cerevisiae Hansen  hay Saccharomyces vini Meyen): Đó là những tế bào có hình ôvan, kích thước trung bình: (3¸8) x (5¸ 12)mm, sinh sản bằng hình thức nảy chồi và có khả năng tạo thành bào tử. Trong dịch ép nước quả S.vini chứa tới hơn 80% tổng số Saccharomyces, chúng có khả năng sinh ra invectaza ngoại bào để chuyển hóa sacaroza thành fructoza và glucoza .Vì vậy có thể sử dụng S.vini để lên men rượu từ dịch quả có bổ sung thêm sacaroza ở hàm lượng khá cao.

           S. vini có khả năng chịu được cồn ở hàm lượng cao và có thể tạo được 18¸ 19%V cồn, khả năng kết lắng sau khi kết thúc lên men của S.vini là khá nhanh, làm cho sản phẩm có hương, vị rất đặc trưng.

           Saccharomyces cerevisiae (còn gọi là: S.cerevisiae var ellipsoideus): Đó là những tế bào có hình elip, có kích thước tương tự như Saccharomyces vini.

           Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy: S.cerevisiae không chỉ có khả năng chịu cồn cao, mà  khả năng lên men và tạo cồn cũng cao hơn nhiều so với một số chủng như: S. festinans, S. oviformis.

          S. cerevisiae có thể tạo được độ cồn 18¸ 20%V. Ngoài ra khả năng kết lắng và tạo hương, vị đặc trưng cho sản phẩm của S. cerevisiae cũng rất tốt. Vì vậy, trong sản xuất nước quả lên men có độ cồn cao, người ta thường sử dụng S. cerevisiae để lên men.

          Saccharomyces oviformis: có hình dáng và kích thước tương tự như S.vini nhưng khả năng sinh sản và phát triển ở giai đoạn đầu chậm hơn S.vini, do có khả năng chịu cồn khá tốt, nên số lượng tế bào vẫn tiếp tục tăng dần trong quá trình lên men. S. oviformis không lên men galactoza, và có thể tạo thành màng trên bề mặt sản phẩm có chứa 10%V cồn .

         S. oviformis có khả năng lên men kiệt đường và độ rượu có thể đạt tới 18%V, sản phẩm có hương, vị khá tốt, nên thường được sử dụng để sản xuất các loại sản phẩm lên men kiệt đường.

* Các điều kiện lên men
            + Hàm lường đường từ 12 -16%
            + pH axit yếu
+ Nhiệt độ lên men dao động trong khoảng từ 18-28⁰C
            + Thời gian lên men từ 1- 14 ngày
            + Thiết bị lên men thường là các thùng inox hoặc thùng gỗ có thể tích lớn.
            * Các biến đổi xảy ra trong quá trình lên men chính
            Trong quá trình lên men chính rượu vang ở điều kiện nhiệt độ tương đối cao, nồng độ đường lớn nấm men chủ yếu lên mem chuyển hoá đường thành rượu và các sản phẩm phụ.
C₆H₁₂O₆ à C₂H₅OH + CO₂  + Sản phẩm phụ
- Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lên men chính
      + Nhiệt độ ; Nhiệt độ có ảnh hưởng trực tiếp đến sự sinh sản và phát triển của nấm men và chất lượng của sản phẩm. Nấm men có thể tồn tại và phát triển ở nhiệt độ từ 4 ¸  45⁰C, nhưng nhiệt độ phù hợp nhất cho sự sinh sản và phát triển của nấm men là  28 ¸ 30⁰C.
       Nhiệt độ càng thấp thì nấm men sinh sản càng chậm, thời gian lên men bị kéo dài hơn, tuy nhiên lại hạn chế được sự nhiễm khuẩn và ngược lại, nhiệt độ càng cao (vượt quá 38⁰C) thì nấm men sinh sản nhanh hơn, thời gian lên men ngắn hơn, nhưng khả năng nhiễm khuẩn sẽ rất cao.
     Mặt khác nhiệt độ còn ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của sản phẩm; Khi lên men ở điều kiện nhiệt độ lạnh thì hương, vị của rượu sẽ có mùi vị của trái cây và tươi hơn, hàm lượng axit bay hơi thấp hơn, hàm lượng glyxerin sẽ tăng hơn .
+  pH ; Nấm men có thể sinh sản và phát triển trong môi trường có độ pH từ 2,5¸ 7,5 nhưng theo đa số tác giả  thì độ pH phù hợp nhất với sự sinh sản và phát triển của nấm men là 4 ¸ 6 nhiều chủng nấm men có thể sinh sản và phát triển tốt ở pH 3¸ 3,5. Vì vậy để hạn chế quá trình lây nhiễm và phát triển của nhiều loại vi khuẩn, phù hợp với độ pH tự nhiên của nguyên liệu và chất lượng của sản phẩm, trong sản xuất các nhà sản xuất luôn duy trì độ pH ở mức 3,2¸ 4,0. Để điều chỉnh độ pH của dịch lên men, người ta thường sử dụng NaHCO₃, CaCO₃, axit tartric, xitric.     
       Độ pH thấp hoặc cao quá cũng sẽ làm thay đổi cấu trúc protein của nhiều loại enzym tham gia trực tiếp vào quá trình lên men Vang và làm giảm khả năng hoạt hóa của enzym.
        + Nồng độ rượu :  Mỗi giống nấm men có khả năng chịu được nồng độ rượu khác nhau, có giống chịu được cồn ở nồng độ thấp như: Hansenula, Anomala và một số men dại chỉ chịu được 3%V nhưng rất nhiều chủng nấm men thuộc giống Saccharomyces lại có thể chịu được 9 ¸ 12%V cồn và lên men đạt tới 14¸ 16%V. Trong quá trình lên men rượu, nồng độ rượu tăng dần sẽ gây ức chế không chỉ cho các hoạt động sống của nấm men mà còn kìm hãm hoạt động của nhiều loại enzym chuyển hóa đường thành rượu, khả năng sống sót của nấm men phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ rượu có trong dịch lên men.                
         +  Hàm lượng đường; Nấm men đạt tốc độ lên men nhanh nhất khi hàm lượng đường trong dịch lên men có từ 1¸ 2%, nhưng để có sản lượng cồn tối đa /gam đường được lên men thì nồng độ đường tối đa phải cao hơn rất nhiều. Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy: hàm lượng đường phù hợp cho quá trình lên men là 12¸20%, còn ở hàm lượng đường 25% sẽ ức chế quá trình lên men.
           Mặt khác tỉ lệ các loại đường có trong dịch lên men cũng ảnh hưởng không nhỏ tới tốc độ và hiệu suất lên men. Kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả đã cho thấy: glucoza là loại đường phù hợp nhất cho sự sinh sản và phát triển của nấm men cũng như quá trình tạo rượu, tiếp đó là đường fructoza và sacaroza... vì vậy quả có chứa hàm lượng đường khử càng cao thì càng có lợi cho quá trình lên men và chất lượng của sản phẩm.
          + Axit hữu cơ; Người ta rất ít chú ý đến ảnh hưởng của axit hữu cơ không bay hơi tới quá trình lên men, vì nhiều khi ảnh hưởng của các axit hữu cơ bị lồng trong ảnh hưởng của độ pH. Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy: axit là thành phần quan trọng để làm giảm độ pH, có tác dụng ức chế nhiều loại vi khuẩn. Sự ảnh hưởng của axit hữu cơ đối với quá trình lên men không phải do hàm lượng tổng số của các axit hữu cơ không bay hơi mà do thành phần và hàm lượng của một số loại axit hữu cơ có trong dịch lên men, các axit béo, axetic, butyric, propyonic đều có ảnh hưởng quyết định đến sự sinh sản và phát triển của nấm men.
          +  Hàm lượng nitơ; Nitơ là thành phần quan trọng tham gia vào quá trình hình thành và phát triển của tế bào nói chung. Hầu như mọi thành phần của tế bào đều có chứa nitơ ở những tỉ lệ khác nhau. Protein chiếm 25 ¸ 60% trọng lượng khô của tế bào (trong đó nitơ tổng số đã có 4¸ 12%), nitơ ở dạng NH₂ chiếm khoảng 75%V.   
   Trong thực tế sản xuất Vang, khi nhân giống nấm men người ta thường bổ sung thêm lyzin, arginin hoặc (NH­₄­)₂SO₄ ở nồng độ 0,6% (tính theo nitơ) để tăng cường khả năng sinh sản của nấm men.
         + Các loại muối khoáng; Người ta đã xác nhận các nguyên tố N, P,S.. đóng vai trò quan trọng đối với sự hình thành màng và nhân của tế bào, Cu, Ca, Mg là trung tâm hoạt hoá của nhiều loại enzym tham gia vào quá trình chuyển hoá đường thành rượu (Cu có trong polyphenolôxydaza, Mg có trong nhiều cofactơ của các enzym ngoài ra muối phốt phat, K,.. còn có tác dụng như một dung dịch đệm giữ pH của môi trường luôn ổn định.
           Nguồn muối khoáng cần thiết cho quá trình lên men thường bao gồm : Mg, K, I₂, Ca,Co, Fe, S, P.., trong dịch quả đã có đầy đủ thành phần các chất khoáng, việc bổ sung các loại khoáng nên hết sức thận trọng và tuỳ thuộc vào từng loại  nấm men, bản chất của dịch quả.. mọi sự dư thừa của các nguyên tố khoáng đều có thể kìm hãm quá trình lên men.
          Một số loại vitamin (B1, biotin, E..) cũng có tác dụng rất tốt đến sự sinh sản và phát triển của nấm men, nấm men cũng có thành phần vitamin rất phong phú về chủng loại và hàm lượng, kết thúc quá trình tự phân nấm men đã giải phóng các axit amin và các vitamin hoà tan trong rượu làm cho hàm lượng protein tổng số ở trong sản phẩm tăng 3 - 4 lần. Sự có mặt của các axit amin và các vitamin có trong sản phẩm đã góp phần đáng kể làm tăng giá trị cảm quan của sản phẩm. Nhiều loại vitamin còn có tác dụng tăng cường sự hoạt hoá của một số loại enzym trong quá trình lên men rượu.
         +  Mật độ men giống; Hàm lượng tế bào nấm men có trong dịch lên men càng thấp thì thời gian nhân giống và lên men sẽ bị kéo dài hơn, dễ bị nhiễm khuẩn, ngược lại hàm lượng men giống trong dịch lên men càng cao thì thời gian lên men sẽ ngắn hơn, hạn chế được khả năng nhiễm khuẩn do sự áp đảo của nấm men. Nhưng hàm lượng men giống quá cao sẽ làm thay đổi thành phần môi trường lên men và sẽ không có lợi cho quá trình lên men và chất lượng sản phẩm. Nhìn chung theo nhiều tác giả thì hàm lượng men giống trong dịch lên men chỉ nên có 4¸ 10 triệu tế bào/1ml dịch lên men là phù hợp.  
       +  Chất khử trùng: Việc sử dụng SO₂ làm chất khử trùng đã được biết tới vào giữa thế kỷ 20 và hiện nay vẫn đang được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuấtcác sản phẩm lên men. SO₂ có thể được bổ sung trực tiếp ở dạng khí, hoặc có thể sử dụng ở một số dạng muối: kalimetabisunfit (K₂S₂O₅), natrimetabisunfit (Na₂S₂O₅) hoặc metabisunfit (SO₂ lỏng).
          Tất cả dạng SO₂ trong cân bằng này được coi là SO₂ tự do, còn HSO₃^- (bisulfite) có thể phản ứng lại với aldehyt, dextrins, pectic, protein và các loại đường để tạo thành a- hydrôxy sulfuric axit (dạng SO₂ bền vững).
         Đặc tính khử trùng của SO₂ chủ yếu là do dạng tự do, khả năng khử trùng của SO₂ là rất tốt đối với nhiều loại vi khuẩn, nhưng nấm men có thể thích nghi được để phát triển và lên men trong môi trường có SO₂ ở hàm lượng cao. Tuy nhiên SO₂ lại có ảnh hưởng làm chậm dần sự lên men (vì SO₂ làm giảm khả năng ôxy hóa của dịch lên men).
          SO₂ làm tăng lượng axetaldehyt và glyxerin trong quá trình lên men, đồng thời SO₂ cũng hạn chế sự lên men malolactic, vì vậy việc sử dụng SO₂ trong quá trình lên men cũng cần phải có sự tính toán phù hợp với công nghệ và thông thường sử dụng SO₂ với hàm lượng 75 - 100 ppm làm chất diệt khuẩn, đồng thời là chất chống ôxy hóa là phù hợp và có hiệu quả rất tốt.
            Ngoài các yếu tố đã nêu có ảnh hưởng nhiều đến quá trình lên men thì sự có mặt của tanin, pectin, chất dinh dưỡng... có trong dịch lên men cũng có những ảnh hưởng nhất định đến quá trình lên men và thường được xử lý ngay trước khi tiến hành lên men.
          + Oxy;   Việc sục khí cung cấp oxy, khuấy trộn môi trường có tác động đến tốc độ sinh trưởng và phát triển của nấm men. Vì vậy, mặc dù quá trình lên men rượu là quá trình yếm khí nhưng khi lên men ở giai đoạn đầu, đặc biệt là giai đoạn nhân giống thì nhất thiết phải cho dịch quả tiếp xúc với oxy của không khí.
             Nhu cầu thông khí không chỉ phụ thuộc vào tốc độ sinh trưởng phát triển của nấm men mà còn phụ thuộc vào các điều kiện khác của môi trường như: hàm lượng đường, chất dinh dưỡng, khoáng, sinh khối, hoạt tính sinh lý của nấm men. Thông thường lượng oxy bổ sung vào dịch lên men trong giai đoạn đầu của quá trình lên men từ  7 ¸ 10 ppm.