蛋白质是氧化反应的重要目标，因为它们在生物体内含量丰富，能迅速与氧化物质发生反应。然而，与脂质氧化不同，肉类中的蛋白质氧化过程及其结果研究很少。

氧化过程通过改变蛋白质的共价键，对蛋白质结构造成可逆或不可逆的改变。蛋白质的物理和化学性质被改变，包括它们的初级结构(氨基酸的线性序列)、三维形状、静电荷、极性、水溶性和生物活性。

蛋白质氧化主要有四种机制:

1. 一般氧化，由自由基产生。它影响决定蛋白质形状的肽主链，以及决定蛋白质电荷和极性的侧链。
2. 含硫氨基酸(蛋氨酸、半胱氨酸、同型半胱氨酸和牛磺酸)中巯基(- SH)的丢失，导致蛋白质生物活性的丧失。这种氧化主要与屠宰前的氧化应激有关。
3. 形成交联(将不同氨基酸链连接在一起的键)，使蛋白质更加坚硬。
4. 在游离铁的催化下，侧链上羰基(C=O)的形成。游离铁也是脂质氧化的关键引发剂。由此产生的产物(α-氨基己二酸和γ-谷氨酸半醛)，存在于氧化肉中，可作为熟肉氧化的标志物。
5. 氧化脂质与蛋白质相互作用，影响氨基酸侧链。

蛋白质氧化会损害生肉和加工肉的营养、工艺和感官品质。