天然抗氧化剂是从天然可食用的食品中提取出来的、具有抗氧化活性的物质，具有安全性高、抗氧化能力强、无副作用和能够防腐保鲜等优点。
果蔬及其提取物
果蔬中的抗氧化成分主要为黄酮类物质（原花青素、槲皮素、儿茶素）和水溶性维生素（VC）。很多果蔬及其提取物都可以作为抗氧化剂应用于肉制品中。例如西梅在预煮猪肉肠、经辐照的火鸡和预制烤牛肉中都有良好的抗氧化效果。蔓越莓中含有高浓度的酚类化合物，对抑制火鸡和碎猪肉脂肪氧化有潜在作用。绿叶蔬菜富含多种生物活性物质，如叶绿素、多酚、维生素、胡萝卜素等，它们具有猝灭单线态氧的能力，可以作为天然抗氧化剂应用于食品中。例如添加西兰花提取物的山羊肉的TBARs值显着降低。将10种植物提取物（茼蒿、南瓜、 韭菜、刺五加、大豆、蜂斗菜等）应用于新鲜的碎牛肉中，可以显着降低碎牛肉的TBARs值。绿色卷心菜可以抑制鸡肉丸冷藏过程中的脂肪氧化，延长其货架期。
草药、香辛料及其提取物
草药和香辛料中的主要抗氧化成分为一些酚类物质，包括酚酸（没食子酸、咖啡酸、迷迭香酸）、酚二萜（鼠尾草酸、鼠尾草酚）、黄酮（儿茶酸、槲皮素、 芹黄素、山奈酚、油皮素、橙皮素）和挥发油（丁子香酚、香芹酚、百里香酚、薄荷醇）。迷迭香及其提取物作为天然抗氧化剂在肉类产品中的应用已有大量研究。牛至提取物可以抑制羊肉饼的脂肪氧化。将银杏叶应用于猪肉丸中，可以抑制猪肉丸在烹调和冷藏过程中的脂肪氧化。
植物性食品加工副产物
植物性食品加工副产物中的主要抗氧化成分为多酚类物质，例如，石榴籽和石榴皮中富含单宁、花青素和黄酮类物质。例如鲜鸡肉中添加与单宁酸酚类物质相当的石榴皮粉，制成鸡肉饼，发现添加石榴皮粉鸡肉饼的TBARs值低于对照组。在牛肉丸中添加质量分数为0.5%和1.0%的石榴籽提取物，均可抑制脂肪和蛋白质氧化。将金诺橘皮粉、石榴皮粉和石榴籽粉添加到生羊肉饼和熟羊肉饼中，发现添加石榴皮粉可降低生羊肉饼和熟羊肉饼的TBARs值。在牛肉、鸡肉、火鸡肉的冷藏过程中，添加质量分数为0.1%的葡萄籽提取物可以很好地清除肌肉组织中的自由基，减少次级脂肪氧化产物的生成。将橄榄油副产物添加到牛肉饼中，既能够抑制脂肪氧化、延长产品货架期又不影响感官品质。
精油
精油的主要活性成分为多酚和萜类化合物，如丁子香酚，它可以清除自由基，抑制脂肪氧化。例如发现黑胡椒和小茴香精油可以有效抑制干发酵香肠的脂肪氧化。例如在鲜猪肉表面喷洒黑胡椒精油，发现实验组鲜猪肉的TBARs值显着低于对照组。牛至精油可以显着抑制火鸡肉的脂肪氧化。熟制火鸡中，丁香、肉桂、百里香精油与合成抗氧化剂BHT具有相当的抗氧化效果。
维生素
维生素一般以单独添加、与其他物质共同添加或者作为添加剂组分的形式应用于食品中，比如在低脂肉制品中添加富含VE的植物油，在肉制品中添加富含VC的苹果渣。例如将酱油和抗坏血酸溶液共同应用于生牛肉饼中，二者共同使用具有更好的防止变色和抑制脂肪氧化的效果。在低盐猪肉饼中添加抗坏血酸可以有效抑制猪肉饼的氧化和变色。
多肽及蛋白质水解产物
诸多已有研究表明，应用于食品加工中。在动物蛋白方面，酶解猪皮胶原蛋白得到具有清除自由基、螯合金属离子能力的抗氧化肽。例如用木瓜蛋白酶酶解草鱼蛋白，可以抑制冷冻鱼糜的脂肪氧化。牛血浆蛋白水解产物可以抑制猪肉饼冷藏过程中的脂肪氧化。在植物蛋白方面，将碱性蛋白酶水解的马铃薯蛋白添加至法兰克福香肠中，发现2.5%的添加量可以有效抑制熟制的法兰克福香肠在冷藏过程中的脂肪氧化，添加至熟制的牛肉糜中，发现冷藏过程中的脂肪氧化受到抑制。将豌豆粉、豌豆分离蛋白和豌豆蛋白水解产物分别添加至煮熟的腌牛肉糜中，有效抑制脂肪氧化。
