マロラクティック発酵
乳酸菌によっては、グリセリンを分解しアクロレインを産生する。グリセリンは甘みのある糖アルコールの一種であり、すべてのワインに含まれるが、なかでも貴腐の影響を受けたワインでは高濃度になる。活性の高いアルデヒドであるアクロレインはワインに含まれるフェノール類と反応しうるが、そうするとワインは極めて苦味が強くなってしまう。この劣化についてはパスツールも研究を行っている。オエノコッカス・オエニのなかにもアクロラインを生成する菌株は存在するが、L. brevis, L. buchneriなどのラクトバシラス属やP. parvulusなどのペディオコッカス属が原因であることのほうが一般的である。アクロラインによる劣化は高い温度で醸造したときや、糖度が高いブドウを用いたときに起こりやすい。
ヘテロ型発酵を行うラクトバシラス属やオエノコッカス・オエニの野生株ではワインに含まれる主要な糖であるフルクトースを代謝し糖アルコールであるマンニトールや(やや稀ではあるが)エリトリトールを生成する。これらは甘みのある化合物であるため、カベルネ・ソーヴィニヨンからワインを造るときなど、望まない場合にもワインに甘みが付いてしまう可能性がある。マンニトールによる劣化は、酢酸、ジアセチル、乳酸、2-ブタノールなどの過剰といった他の劣化に伴って発生することも多く、そうすると酢やエステルのような匂いになってしまう。そのようなワインは表面がぬめぬめした光沢をもつこともある。
オエノコッカス属はワイン醸造で多用されるオエノコッカス・オエニを含むが、この種はかつてロイコノストック・オエニと呼ばれていた。オエノコッカスという名前は球菌(coccus)を意味するが、顕微鏡観察時の形状は棒状の桿菌である。グラム陽性であり、通性嫌気性菌であるため酸素呼吸も可能であるが通常は発酵からエネルギーを得ている。オエノコッカス・オエニは複数の最終生成物があるヘテロ発酵を行う。すなわち、グルコースを消費しD-乳酸を生成するほか、二酸化炭素およびおおよそ同量のエタノールないしはアセテートが生成される。還元的な環境下(アルコール発酵がほぼ完了した状態など)では第3の生成物はエタノールであることが多く、わずかに酸化的であるとき(アルコール発酵初期や、密閉せずに発酵を行ったときなど)はアセテートが生成されるのが一般的である。
オエノコッカス・オエニのなかにはフルクトースを消費してマンニトール(ワインの劣化を引き起こすことで知られる)を生成する株もあるが、ほとんどはアミノ酸の一種であるアルギニンを分解しアンモニアに変える。アルギニンはワインを澱を残したまま熟成させた際に死んだ酵母の細胞の自己融解により生じることがある物質である。また、ほとんどの株ではヘキソース、グルコース、フルクトースに加え、L-アラビノースやリボースなどの酵母による発酵後に残ったペントースも消費する。
乳酸菌がリンゴ酸を乳酸に変換するのは、生育に必要なエネルギーを間接的に生み出せるからである。すなわち、細胞内と外側(ワイン)のpHの差を利用した化学浸透によりATPを合成する。この反応がどのように行われるかを説明するモデルでは以下のような説明がなされる。低pHのワインに多く含まれるL-リンゴ酸は負に帯電したモノアニオン性の形をとる。このアニオンを細菌がよりpHの高い細胞膜中に取り込むと、全体として負に帯電することになるため電位が発生する。リンゴ酸が脱炭酸されてL-乳酸になるとき、二酸化炭素と同時にプロトンも消費するため、pHに勾配が生まれATPを合成できる。
乳酸菌がL-リンゴ酸を変換する反応は、ワイン用ブドウで自然に起こりうる。市販されている添加物のリンゴ酸は、D+体とL-体の光学異性体の混合物である。
多くの研究により、マロラクティック発酵を行ったワインでは感覚的な変化が発生することが明らかになっている。最もよくある表現としては、ワインの酸が「柔らかい」と感じられるようになるというものであり、これは「きつい」酸味を持つリンゴ酸がより柔和な乳酸に変換されたことに由来する。酸味の感覚は滴定酸度に対応しており、ワインの滴定酸度がマロラクティック発酵により下がるため、酸味が減少したと感じられるのである。
飲み口の変化はpHの変化による部分もあるが、それ以外にもポリオール、特にエリトリトールやグリセリンといった糖アルコールの生成も影響している。その他にも、乳酸エチルの存在量はマロラクティック発酵後では110mg/Lに達し、これが口当たりを向上させているとも考えられている。
ワインの香りに対する影響については、より複雑で予測が難しい。
ワイン造りに関わる乳酸菌は、ワインに与える影響が良いものであれ悪いものであれ、全てが糖ないしはリンゴ酸を代謝して乳酸を産生する能力を持つ。ワイン中に含まれる糖(ブドウ糖と果糖、および微量に含まれ酵母による発酵によって消費されないペントース)のうちどれを代謝するかは菌種によって異なる。いくつかの種は糖を用いてホモ型発酵、すなわち主たる最終生成物(ここでは乳酸)だけが作られる発酵を行う。リンゴ酸から発酵により変換されてできる乳酸の異性体はL体のみであるが、糖を用いたホモ型発酵ないしはヘテロ型発酵ではD体・L体の両方が作られ、このDL体の乳酸はわずかにワインの風味に影響を与えるとされている。
マロラクティック発酵をアルコール発酵と並行して行わない場合では、アルコール発酵を行った直後のワインでは酵母が優越しているため、乳酸菌は10~100個/mL程度しか含まれない。
マロラクティック発酵はおそらくはワイン造りの黎明期から存在してきたが、科学的にマロラクティック発酵の利点が理解され意図的に行われるようになったのは比較的最近のことである。何世紀にもわたってワイン生産者は収穫後にやってくる暖かい春にワインを樽熟成させることで起きる「何か」に気付いていた。その現象は最初に行われるアルコール発酵と同様、炭酸ガスを発生し、ワインに対して大きな変化を与えるが、ときには悪影響となるようであった。これをドイツの醸造家フライヘル・フォン・バボは1837年に「第2の発酵」と呼び、ワインが濁る原因であると指摘した。バボはワイン生産者にこの現象の兆候がみられたらすぐに対応することを推奨したが、そのためにはワインを安定化するために新しい樽に保管することおよび二酸化硫黄を添加すること、その後も同様の対応を繰り返すことが行われた。
1866年、近代細菌学の開祖のひとりルイ・パスツールは初めてワインから細菌を分離し、それら全てがワインの劣化の原因になることを突き止めた。