Recent insights into polysaccharide-based hydrogels and their potential applications in food sector: a review

4.1.2. Food preservation 
Having the ability to form complex matrices with 3D structures 
bestowed with hydrophilic nature, hydrogels find numerous irreplace-
able uses in food preservation and processing with significant room for 
improvement. In this context, hydrogel-based emulsions obtained from 
chia and linseed oils used in burgers in place of pork back fat (20 %) 
showed beneficial sensory, nutritional, and health benefits such as color 
improvement, improvement in lipid retention, healthier fatty acid pro-
file 
[168]
. The aforesaid replacement was suggested up to 60 % by the 
authors. Similarly, in a recent study, the hydrogel-based emulsion and 
organogels of canola oil (containing kappa-carrageenan 1.5 or 3 %) can 
be used in place of beef fat in beef batters (emulsion type). The 
replacement helped in the reduction of oxidation levels in beef batters in 
addition to maintaining the color and texture of the product. Moreover, 
an enhancement in hardness, lightness, and polyunsaturated fatty acids 
(PUFA) while a significant reduction in saturated fatty acid coupled with 
the omega- to omega-3 ratio was observed signifying the health benefits 
[169]
. 
Development of the filled hydrogel particles with benefits of target 
delivery and improved stability has replaced the emulsions (O/W) with 
a drawback of bioactive protection in the process of bioactive lipid de-
livery system 
[170]
. Moreover, in food systems, filled hydrogels are used 
in the enrichment of meat products with n-3 long-chain polyunsaturated 
fatty acids (n-3 LCPUFA) and improved oxidative stability oxidation. In 
A. Manzoor et al.

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International Journal of Biological Macromolecules 213 (2022) 987–1006
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addition to this, the reduction in TBARS values (up to 62 %) was wit-
nessed in the meat products as compared with the samples containing 
fish oil 
[171]
. 
Some recent studies indicated the potential use of hydrogels in food 
industries such as their utilization in food matrices as a vehicle system 
for the antimicrobials, antioxidants, flavorings, colorants, and bioactive 
components (e.g., β-carotenes) to their respective target sites 
[172,173]
. 
Moreover, Hydrogels prepared from pectin are reported as the agent 
used for culminating protein allergenicity in foods through protein 
structure alteration and as microbial biosensors 
[174,175]
. Ferulic acid, 
an antioxidant agent can be incorporated into the hydrogel films for 
butter thereby restricting the damage caused through lipid oxidation 
altogether 
[176]
. Further, such studies could help in exploring the 
hydrogels with ample potential applications to deliver in food applica-
tions as given in 
Table 5
. 
4.2. As carrier/vehicle for bioactive compounds 
Delivery setups have been designed as an approach to protect the 
delicate chemical constituents from destruction in the food production 
activities, enzymes for digestion as well as hostile environmental con-
ditions (e.g., temperature, pH level, light, and oxidation), as well as for 
area specified gastro-intestinal transportation and regulated discharge 
of hydrophilic and hydrophobic nutraceuticals 
[177]
. Delivery methods 
are categorized into lipid-dependent networks (e.g., traditional, nano, 
micro, multi emulsion systems, liposomes, nanostructured lipid carriers, 
and solid lipid nanoparticles), biopolymer dependent (e.g., Protein and 
polysaccharides delivery systems), nature-inspired systems (like cyclo-
dextrins, caseins, and amylose helixes), and specialized equipment- 
based systems (like electrospinning and electro spraying, and nano- 
spray dryer) 
[178,179]
. Among these types of methods, protein-based 
hydrogels are especially applauded by various fields because of their 
exceptional attributes, for instance, maximum dietary benefits, superior 
functional qualities, amphiphilic character, biocompatibility, biode-
gradability 
[180]
. Hydrogels are polymeric systems capable of soaking 
up and ability to imbibe water while keeping their appearance. Cross- 
linking associated with polymeric chains inhibits the breakup of the 
matrix and maintains mechanical stability. Various cross-linking sub-
stances work extremely well, e.g., epoxy resin materials, glutaraldehyde, 
and formaldehyde; physicochemical procedures are sometimes addi-
tionally applied, for instance, ultraviolet radiation, irradiation, and 
dehydrothermal methods 
[181]
. 
Biopolymer-based hydrogels lately caught significant consideration 
as a promising technique for nutraceuticals and drug delivery to a target 
site within the body. Carbohydrates and proteins are the best competi-
tors for manufacturing drug delivery setups due to their capability for 
gelation, the capability to alterations, constructive assortment, biode-
gradability, as well as biocompatibility 
[182]
. Hydrogels can be 
employed for buccal, rectal, optical, subcutaneous, skin applications 
[183]
. Buccal administration is among the most prevalent strategy to 
provide the active compound crammed inside these carriers. Via regu-
lating specific swelling characteristics as well as adherent attributes in 
the existence of a natural liquid, hydrogels can easily focus on various 
places such as the mouth area, stomach, and digestive tract. To treat 
diseases, drug delivery via hydrogels within the buccal cavity must have 
adherent qualities, such as Aftach®, which was developed from a double 
coating with a bioadhesive one of hydroxypropyl cellulose and poly 
(acrylic acid) plus a lactose non-adhesive supporting film to fill triam-
cinolone acetonide to treat aphthous ulcers 
[184]
. Hydrogels used in the 
gastrointestinal system must have specific characteristics. Because of the 
numerous customizable factors that permit the regulated distribution of 
a variety of therapeutic compounds, hydrogels are great candidates for 
oral drug delivery 
[185]
. Hydrogel beads are crafted to ensure their 
stability and viability in specific areas of the digestive tract, however, 
can be released in specific areas of the GI tract, enabling them to be 
formulated to release nutraceutical components in reaction to particular 
GIT stimulants 
[186]
. Hoang et al. developed a pH/thermo-responsive 
hydrogel for colon medication administration using PAAc and 
norbornene-functionalized chitosan (CsNb). The hydrogel swelled and 
almost completely released the medication (92 %) in a pH 7.4 and 37 
◦
C 
intestinal environment, however, these activities were hindered in a pH 
2.2 acid environment. The resulting hydrogel has stimuli-responsive 
qualities, making it an excellent material for controlled medication 
release in the colon 
[187]
. 
Hydrogels permit the inclusion of hydrophobic bioactive compounds 
and their delivery to target places via food. The integrating of hydro-
phobic bioactive substances within functional food items might greatly 
enhance the foodstuff with vitamin supplements, dietary fibers, essential 
fatty acids, necessary protein, probiotics, polyphenols, carotenoids, ca-
rotenoids, etc. 
[186]
. Because passive dispersion is the commonly used 
method of drug release through hydrogels, compounds of various di-
mensions and properties will easily penetrate into and out of the 
hydrogel matrix during the loading and storage times. The hydrophilic 
nature of hydrogels distinguishes them from non-hydrophilic polymer- 
bonded matrices, which can be related to the integrated components' 
release inclinations. Medication discharge mechanisms from hydrogels