如果把香腸當做火腿腸的祖先，那麼火腿腸的歷史已經有幾千年了。據說，在《荷馬史詩》裡就有香腸的記載。不過，現在我們吃到的火腿腸與香腸的差別已經很大了——原料基本相同，但是加工過程相去甚遠，因而口感、味道也就相當不同了。
在食品工程裡，火腿腸屬於一種被稱為“乳化肉”的體系——它的關鍵是把脂肪打成細小的顆粒，然後均勻地分佈在整個腸內。所以，單憑肉眼，幾乎無法分辨出它裡面的脂肪——通俗地說是肥肉——是多還是少。為了讓這些脂肪均勻分散，就要把瘦肉中的蛋白質提取出來，作為乳化劑去穩定“磨碎”的脂肪顆粒。蛋白質的提取不是件容易的事情，通常把瘦肉“打成”肉醬，在很高的鹽濃度下才能提取出較多的蛋白質。所以，火腿腸總是很鹹，這是無法避免的問題。提取到水中的蛋白質一部分吸附在脂肪顆粒的表面，用來防止脂肪顆粒重新融合，其他的則保留在水中，在加熱的時候互相交聯，形成一種互相連接的網狀結構。沒有溶解到水中的纖維組織以及蛋白質網狀結構把脂肪顆粒固定下來，就形成了火腿腸特有的質感。火腿腸的口感好壞，就取決於這種膠狀結構的強度大小。
嚴格來說，最簡單的火腿腸只要瘦肉和鹽就可以了。在實際生產中，人們還是希望加入肥肉，肥肉有助於保留許多隻能在脂肪中穩定存在的維生素以及香味物質。但是，太多的肥肉又不受歡迎。首先，不夠健康——大家都不喜歡吃下過多的脂肪；其次，更多的脂肪就需要提取出更多的蛋白質來吸附，但是肥肉多了瘦肉的量就相應變少了，這會使得形成的膠狀結構強度降低，吃起來口感就差了。另外，現代火腿腸的生產中還會加入一些植物成分，比如大豆蛋白和澱粉等。大豆蛋白的加入有助於在保持蛋白質含量的前提下降低膽固醇的含量，具有增加營養和控制成本的雙重優勢。但是大豆蛋白的加入會影響最終產品的質感和口味，通常也不能加太多。火腿腸里加澱粉，跟傳統的肉丸子里加澱粉一樣，有助於降低成本，但是更加影響質感。國家標準就是按照蛋白質、脂肪和澱粉的含量來對火腿腸進行分級的，等級越高，含有的脂肪和澱粉就越少。由於有很多的鹽，所以需要一些糖來降低鹹味。其他的調味料就是各個廠家大顯神通的地方了。
作為一種加工食品，保證安全是至關重要的一環。肉是很容易腐壞的食物，腐壞的生物學原因是細菌的生長。火腿腸含有細菌生長所需的各種養分，沒有經過防腐處理的火腿腸是細菌的天堂。保護火腿腸不受細菌騷擾，首先要杜絕細菌種子混進來。火腿腸的原料中不可避免地混雜了一些細菌，在高溫加熱的時候它們受到“嚴打”，絕大多數被清除了。市場上所謂的“低溫火腿腸”通常只加熱到七十幾攝氏度，這樣可以獲得不一樣的風味，但是“嚴打”力度不夠，漏網的細菌就較多一些。
對食品安全而言，生產只是第一步。無論如何，總還是有一些生命力非常頑強的細菌能夠頂住滅菌過程的“嚴打”而潛伏下來。在加熱之後的包裝運輸和保存過程中，細菌也還有機會偷偷地潛入火腿腸中，一旦環境適合，就開始繁衍生息。所以，人們對細菌的戰鬥不得不延續到吃進肚子之前。完好有效的包裝可以防止外部的細菌侵入，而對內部殘存的細菌就只能控制它們的生長環境了。前面說提取蛋白質的時候需要很高的鹽濃度，其實高鹽環境也有助於遏制細菌生長；低溫是另一種控制細菌生長的有效手段，尤其是那些滅菌不完全的低溫產品——低溫產品提供的風味必須以更嚴格的保存條件作為代價。
但是細菌的生命力實在太強了。即使在這樣的圍追堵截之下，它們也只是“開枝散葉”得慢一些，而不會完全消停下來。為了對它們進行更嚴厲的打擊，人們只好動用“化學武器”——防腐劑。防腐劑讓細菌生存的環境大大惡化，從而有效地延長火腿腸的保質期。
防腐劑能殺死細菌，對於人體自然也可能有潛在的危害。這也是人們對於加工食品最為關注的地方。食品科學家們不斷尋找能夠有效防止細菌生長，在特定的使用濃度下對人體又沒有明顯危害的防腐劑。目前火腿腸中可以合法使用的防腐劑是亞硝酸鈉（亞硝酸鹽的一種）。過多攝入這種物質能導致急性中毒，一些食物中毒的案例就是醃製不合格的酸菜中的亞硝酸鹽含量過多導致的。亞硝酸鹽也被認為是一種致癌因素。不過它本身並不致癌，而是在酸性環境中可以與胺類物質反應生成亞硝胺，後者才是一種致癌物。
不過，合格火腿腸中的亞硝酸鹽並不值得擔心。硝酸鹽廣泛存在於自然界中，許多蔬菜中的硝酸鹽也有機會轉化成為亞硝酸鹽。對於亞硝酸鹽如何影響人體健康，人類已經進行了大量的科學研究。根據這些科研結果，少量亞硝酸鹽對人體健康並不構成威脅。美國規定亞硝酸鈉在肉類食品中的最大允許用量是200ppm（ppm是百萬分之一），也就是說，FDA認為肉中的亞硝酸鹽在200ppm以下還是安全的。中國的標準比這個要嚴得多，是30ppm。所以可以認為，只要是檢測合格的火腿腸，防腐劑的影響是可以忽略的。
有一些研究發現，亞硝酸鹽在和胺反應的時候，如果存在維生素C或者維生素E，就會與它們優先反應，而不生成有害的亞硝胺。所以，有的肉類加工中會加入這些維生素，來減小亞硝酸鹽可能產生的副作用。其實，不管這種做法有多大效果，在吃這些食物的同時吃一些蔬菜水果，都是大有裨益的。
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