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

Fig. 1. Diagrammatic representation of the synthesis of hydrogels from monomer.
A. Manzoor et al.

---

International Journal of Biological Macromolecules 213 (2022) 987–1006
994
crystallization under normal physiological conditions. Similarly, 
hydrogen bonds are involved during the complex formation of Poly-
ethylene Glycol (PEG) with Poly Methacrylic Acid (PMA) and Poly 
Acrylic Acid (PAA) where in the carboxylic group and oxygen from PMA 
and PEG respectively undergo hydrogen bonding. Operations such as 
freeze-thawing can result in a highly elastic and strong gel. 
2.1.1. Stereo complex formation 
The production of stereo complexes is also used to make hydrogels. 
This method relies on synergistic interactions between polymer chains 
or tiny molecules with distinct stereochemistry but the same chemical 
composition 
[117]
. Denaturing agents, such as organic solvents, cross-
linking agents, and the creation of hydrophobic domains, are not used in 
the process. This method produces gels that are highly biodegradable 
and biocompatible. 
2.1.2. Charge interactions 
A hydrogel can be created when two oppositely charged polymers or 
a polymer and another tiny molecule contact. The crosslinking of 
elastin-like polypeptides by electrostatic interactions between cationic 
lysine residues and anionic organophosphorus crosslinker under specific 
physiological circumstances is an example of physically crosslinked 
hydrogels produced by this approach 
[118]
. To distribute therapeutic 
drugs and certain macromolecules, charge interaction crosslinking of 
microgels and nanogels can be done. 
2.1.3. Crystallization 
Crystallization can also be used to make physically crosslinked 
hydrogels. Physically crosslinked poly (vinyl alcohol) (PVA) hydrogels 
are one example. PVA is a water-soluble polymer that forms a gel in its 
aqueous solution at ambient temperature. These hydrogels had limited 
mechanical strength, but after freezing and thawing an aqueous polymer 
solution, a strong and highly elastic gel was created 
[119]
. The molec-
ular weight of PVA, its concentration in water, the number and length of 
freeze-thaw cycles, and the temperature are all important elements that 
determine the properties of the produced gel. 
2.2. Chemical 
The other method, chemical cross-linkages, involves polymerization 
such as addition, condensation, gamma, electron beam, and chain- 
growth polymerization for hydrogel polymerization. This kind of poly-
merization employs mechanisms such as anionic, free radical, controlled 
free radical, and cationic involving initiation, propagation, and termi-
nation steps. During the hydrogel synthesis through chain-growth 
polymerization, monomer units are attached to the active sites created 
by free radicals through the initiation step resulting in the chain for-
mation. The synthesis of PVA-based hydrogels uses radical polymeri-
zation while free radical is used for the Poly (N-isopropyl acrylamide) 
hydrogel. These gels with chemical cross-linkages are called chemical 
gels. 
Covalent cross-links with high bond strength and stability are most 
prevalent in chemical hydrogels 
[120]
. Among enzymes, Trans-
glutaminase (TGase) is reported as the most used cross-linking enzyme