Tütsüleme kimyası, ağaç yanmasının ürünleriyle etin yüzeyi ve içi arasındaki kompleks bir etkileşimler bütünü. Dumanın kimyasal bileşimi ahşap türüne, yanma sıcaklığına ve oksijen disponibilitesine göre değişiyor; bu yüzden aynı yöntemle hazırlanmış iki farklı ağaçla tütsülenmiş et arasında belirgin tat ve renk farkı oluşabiliyor. Fenol bileşikleri tütsüleme kimyasının en işlevsel grubu. Guayakol, 4-metilguayakol ve siringol ağırlıklı olarak liginin pirolizinden türüyor. Bu bileşikler ette oksidasyonu yavaşlatan antioksidan etkisi gösterirken karakteristik tütsüleme aromasını oluşturuyor. Sert odunlar (meşe, kayın) yüksek lignin içeriğiyle daha zengin fenol profili sunuyor; çam gibi reçineli odunlar ise arzu edilmeyen terpen bileşikleri nedeniyle genellikle et tütsülemede kullanılmıyor. Karbonil bileşikleri, asetaldehit, diasetil, butanedion, hem tat hem renk açısından tütsüleme kimyasında kilit işlev görüyor. Maillard reaksiyonu ve karamelizasyondan farklı olarak tütsüleme rengi (mahagoni tonları) esas olarak fenol-protein ve karbonil-protein reaksiyonlarından kaynaklanıyor. Et yüzeyindeki amino gruplar ve karbonil bileşikleri tepkimeye girerek polimerik renkli bileşikler oluşturuyor. Organik asitler, formik asit, asetik asit, propiyonik asit, dumanın antimikrobiyal kapasitesini oluşturuyor. Yüzey pH'ını düşürerek ve su aktivitesini azaltarak mikrobiyal gelişimi baskılıyorlar. Bu etki tarihin erken dönemlerinden beri gıda koruması için kullanılmış; tütsüleme kemikleşmiş yöntem olarak nedensiz değil. Tütsüleme kimyasındaki kritik güvenlik parametresi polisiklik aromatik hidrokarbonlar (PAH). Benzo[a]piren başta olmak üzere yüksek moleküler ağırlıklı PAH bileşikleri yüksek sıcaklık pirolizi sırasında oluşuyor ve kanserojen potansiyel taşıyor. Avrupa gıda mevzuatı et ürünlerinde benzo[a]piren için maksimum limitler tanımlıyor. PAH oluşumunu minimize etmek için düşük sıcaklık tütsüleme, alevle doğrudan temas önleme ve yağ damlalarının kor üzerine düşmesini engelleme temel kontrol parametresi. Duman penetrasyonu ete birkaç mekanizmayla gerçekleşiyor: yüzey absorpsiyonu, difüzyon ve kısmi kürlenmiş yüzeydeki kapiler emilim. Tütsüleme süresi ve relatif nem doğrudan etkili: düşük nem duman bileşenlerinin yüzeye tutunmasını kolaylaştırırken yüksek nem penetrasyonu artırıyor. Bu denge ürün tipine göre ayarlanıyor; yüzeysel lezzetli kabuk istenen ürünlerde düşük nem, daha derin tütsüleme aranan ürünlerde nemli ortam tercih ediliyor. Sıvı duman (liquid smoke) endüstriyel uygulamalarda geleneksel tütsülemenin yerini büyük ölçüde alsa da kimyasal profil değişiyor. Sıvı duman üretim sürecinde ağır PAH bileşikleri süzülüyor; bu temizlenmiş profil gıda güvenliği avantajı sağlıyor ancak tütsüleme kimyasının bütün aromatiğini taşımıyor.