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

fibrous films 
Electrospinning using 5, 10 
and 20 % carvacrol 
Excellent antioxidant potential, Shelf- 
life extension 
[275] 
Kafirin/gelatin (blend) film-middle 
layer 
Kafirin film-one layer 
Gelatin films-inner layer 
Packaging of fruit and 
vegetable (fresh) 
a
films (three 
layered) 
Layer-by-layer solvent 
casting method 
Improved water barrier properties 
[276] 
n.i = not indicated. 
a
corrections done 
A. Manzoor et al.

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International Journal of Biological Macromolecules 213 (2022) 987–1006
998
well as dust particles. These types of aspects trigger or perhaps boost the 
deterioration of food products or beverages. An excellent food packing 
stuff must be inert, to never permit the exchange, for example, need to 
have an ideal obstruction attribute, as well as reusable 
[152]
. Alongside 
this, food product packaging stuff ought to satisfy around 3 practical 
attributes mechanical defense to food items throughout transportation 
as well storage, oxygen as well as humidity obstruction plus defense 
against contaminants with microbes. Food product packaging stuff must 
be of such excellence that they guarantee to preserve the excellence for 
an extended time as well as protect in opposition to many external 
stresses. It is an extremely aggressive area with massive requirements for 
efficiency and economy. Usage of crude oil derivatives, metallic ele-
ments, glass, paper, and the board had been the most beneficial system 
within this framework because of their effective overall performance at 
a very affordable cost. Nevertheless, other than boards and papers, that 
are bio-degradable, the rest is produced from non-renewable means. A 
necessity for the food product packaging stuff made from eco-friendly 
sources like polysaccharides obtained from organic means had become 
the more suitable preference so to achieve sustainability 
[153]
. 
Regarding the desire of buyers for the premium food products, and at the 
exact occasion maintaining in the brain no pollution of the environment, 
the utilization of alternative solutions to generate nontoxic and biode-
gradable/bioactive packing contents that uphold goods high quality and 
minimize waste material disposal issues are being given consideration. 
As the alternative to the non-biodegradable petrochemical formulated 
alternatives, multiple eco-friendly biopolymers like proteins, lipids, as 
well as their compounds, produced from plant and animal sources have 
already been explored for the creation of biodegradable product pack-
aging materials. 
Lately, bio-based hydrogels were used in food packing (
Table 4
). On 
the other hand, utilizing superabsorbent polymers within the food sector 
as bio-based hydrogels is still constrained. Although the idea of hydrogel 
food product packaging is fairly emerging such as environmentally 
friendly packaging and sustainable product packaging, it does not still 
enter the forefront for its adoption in practicality. Hydrogels can provide 
unique possibilities for designing excellent product packaging stuff with 
suitable attributes (for example toughness, eco-friendly, endurance, 
etc.) when made using carboxymethyl cellulose and Polyvinyl pyrroli-
done as foundation polymers 
[154]
. In the Food, Textile, and paper in-
dustries, Carboxymethylcellulose (CMC) is widely utilized which is a 
hydrophilic, and biodegradable polymer 
[155]
. Fernandez et al. 
[156] 
stated that direct contact coatings should be used in the same way as 
single biopolymer films. 
Hydrogels have also been used in active packaging for controlling the 
humidity inside the package besides impeding microbial growth, which 
enhances the product quality and stability and prolongs its storage time 
[157]
. Different hydrogels are used to develop packaging materials with 
desired characteristics to control humidity 
[158]
. Their possible use 
within the food preservation area consists of eliminating the humidity or 
exudates produced within the packaging due to vegetables' organic 
process and water loss triggered by physicochemical alterations in 
packed goods, or because of the interpretation of water vapor attributed 
to environmental profile, particularly, when it comes to fresh food 
products. The fruits and vegetables, which are commonly prone to 
spoilage, can be protected through hydrogel-based packaging systems. 
Therefore, the application of hydrogel could certainly reduce water 
activity (a
w
), delay the development of yeast, mold, and spoilage of food 
products like ready-to-eat food (e.g., fresh-cut vegetables) as well as 
hygroscopic products (e.g., powdered foodstuffs), or even influence the 
textural properties of dried crunchy products (e.g., deep-fried potatoes, 
cookies) 
[159]
. 
Hydrogels comprise an appealing replacement to be used within food 
packaging strategies, wherein this sort of absorbing materials typically 
offer emerging possibilities for effective designing of food product 
packaging setups having suitable attributes (like shelf-life, biodegrad-
ability, and mechanical resistance). The incorporation of hydrogels 
within food product packaging setups is one of the promising and 
appealing techniques, in which hydrogels exhibit unique properties that 
may increase food items' shelf-life 
[154,160]
. Hydrogel films having a 
mix of alginate, agar-agar, and collagen, and antimicrobial chemicals 
like Ag nanoparticles and grapefruit seed extract, had been developed to 
produce product packaging films for garden-fresh potatoes 
[161]
. An 
additional benefit of the edible polymer as a product packaging material 
is, it may become a food ingredient alongside necessary attributes such 
as maximum obstruction as well as mechanical properties, stability 
against microbes, cost-effective, nonpoisonous, and eco-friendly 
[162]
. 
Edible polymers can be utilized as film, gels, or coatings. Several stra-
tegies utilized for film creation consist of casting, spraying, wrapping, 
foaming, brushing, etc. 
[163]
. Moreover, hydrogels are used as quality 
indicators by altering in visibility reaction to metabolites emitted which 
eventually decides the quality of the food items 
[164]
. The hydrogel- 
incorporated pastries displayed a reduced propensity to moisture 
redistribution along with a surge in suppleness when kept in an ambient 
environment 
[165]
. Agar-based hydrogel added to antimicrobial sub-
stances enhances the shelf stability of dairy products via active pack-
aging without disturbing the sensory attributes 
[166]
. Silver 
nanoparticles and grapefruit seed extract agar, blended with alginate 
and collagen, are exploited to develop a product-packaging coating for 
fresh potatoes 
[161]
. 
Microbial contamination of food is a serious concern for the food 
business that is difficult to solve. After water absorption, an efficient 
antibacterial hydrogel made from electrospinning nanofibers containing 
gelatin, chitosan, and 3-phenyl lactic acid (PLA) was employed to in-
crease antibacterial efficacy and extend the shelf life of chilled chicken 
meat in the study. This hydrogel's structure, water-absorbing capacity, 
antibacterial ability, and fresh-keeping ability were analyzed. The 
carboxyl group in PLA reacted with the amino group in chitosan, 
forming an amide bond under acidic circumstances, according to Fourier 
transform infrared spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. 
This link improved the hydrogel's water absorption and stability. The 
addition of PLA affected the structure of hydrogels as well as the ratio of 
different states of water in the hydrogels, according to low-field nuclear 
magnetic resonance. Scanning electron micrographs revealed that the 
prepared hydrogel exhibited a peculiar spongy form following water 
absorption. In addition, hydrogel efficiently inactivated the foodborne 
pathogens Staphylococcus aureus and Escherichia coli and extended the 
shelf life of chilled chicken to four days 
[167]
.