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

5. Conclusion 
Hydrogels exhibit several promising characteristics such as prolific 
potency or biocompatible properties making them suitable for diverse 
food applications. Various applications of hydrogels are dependent on 
the tailoring of the networks developed within hydrogels. Hydrogels are 
primarily considered for alteration of fat content, modifying texture, 
rheological characteristics, or encapsulation of different key ingredients 
in food-processing applications. Nevertheless, several applications of 
hydrogels currently not discovered within the food sector such as syn-
thetic hydrogels are created to be extremely receptive are yet to be found 
suitable food-grade hydrogels due to the constraints within the capa-
bility to artificially functionalize biopolymers. Polysaccharide-based 
hydrogels like chitosan play a pivotal role in controlling body weight 
by lowering the cholesterol level by interacting with bile salts. 
Furthermore, chitosan-based hydrogels are responsible for providing 
impetus to the solubility and stability of key nutrients. Alginate-based 
hydrogels have shown promising results in maximizing the viability of 
A. Manzoor et al.

---

International Journal of Biological Macromolecules 213 (2022) 987–1006
1002
probiotics under hostile conditions by acting as a strong encapsulating 
agent. The pectin-based hydrogel may be used as a potential texturizing 
agent in various food applications. 
To sum up, polysaccharide-based hydrogels could be altered into 
different formulations to expand their use in diverse food applications. 
Therefore, considering their immense potential there is ample scope for 
further studies, to explore their potential in food processing and other 
industrial applications. 
References 
[1]
Y. Cao, R. Mezzenga, Design principles of food gels, Nat. Food. 1 (2) (2020) 
106–118
. 
[2]
M. Klein, E. Poverenov, Natural biopolymer-based hydrogels for use in food and 
agriculture, J. Sci. Food Agric. 100 (6) (2020) 2337–2347
. 
[3]
S. Ahmad, M. Ahmad, K. Manzoor, R. Purwar, S. Ikram, A review on latest 
innovations in natural gums based hydrogels: preparations & applications, Int. J. 
Biol. Macromol. 136 (2019) 870–890
. 
[4]
M.S. Reddy, D. Ponnamma, R. Choudhary, K.K. Sadasivuni, A comparative review 
of natural and synthetic biopolymer composite scaffolds, Polymers 13 (7) (2021) 
1105
. 
[5]
Z. Ahmad, S. Salman, S.A. Khan, A. Amin, Z.U. Rahman, Y.O. Al-Ghamdi, 
K. Akhtar, E.M. Bakhsh, S.B. Khan, Versatility of hydrogels: from synthetic 
strategies, classification, and properties to biomedical applications, Gel. 8 (3) 
(2022) 167
. 
[6]
M. Mirzaei, O.V. Okoro, L. Nie, D.F.S. Petri, A. Shavandi, Protein-based 3D 
biofabrication of biomaterials, Bioengineering 8 (4) (2021) 48
. 
[7]
Z. Shi, X. Gao, M.W. Ullah, S. Li, Q. Wang, G. Yang, Electroconductive natural 
polymer-based hydrogels, Biomaterials 111 (2016) 40–54
. 
[8]
A.T. Getachew, C. Jacobsen, S.L. Holdt, Emerging technologies for the extraction 
of marine phenolics: opportunities and challenges, Mar. Drugs. 18 (8) (2020) 
389
. 
[9]
C.S. de Lima, T.S. Balogh, J.P. Varca, G.H. Varca, A.B. Lug˜ao, L.A. Camacho-Cruz, 
E. Bucio, S.S. Kadlubowski, An updated review of macro, micro, and 
nanostructured hydrogels for biomedical and pharmaceutical applications, 
Pharmaceutics 12 (10) (2020) 970
. 
[10]
M.M. Rahman, A.N. Netravali, B.J. Tiimob, V. Apalangya, V.K. Rangari, Bio- 
inspired “green” nanocomposite using hydroxyapatite synthesized from eggshell 
waste and soy protein, J. Appl. Polym. Sci. 133 (22) (2016) 1–10
. 
[11]
C. Arakawa, R. Ng, S. Tan, S. Kim, B. Wu, M. Lee, Photopolymerizable 
chitosan–collagen hydrogels for bone tissue engineering, J. Tissue Eng. Regen. 
Med. 11 (1) (2017) 164–174
. 
[12]
C. Gao, J. Ren, W. Kong, R. Sun, Q. Chen, Comparative study on temperature/pH 
sensitive xylan-based hydrogels: Their properties and drug controlled release, 
RSC Adv. 5 (110) (2015) 90671–90681
. 
[13]
S. Sharma, S. Tiwari, A review on biomacromolecular hydrogel classification and 
its applications, Int. J. Biol. Macromol. 162 (2020) 737–747
. 
[14]
J. Li, X. Jia, L. Yin, Hydrogel: Diversity of structures and applications in food 
science, Food Rev. Int. 37 (3) (2021) 313–372
. 
[15]
R.A. Batista, P.J. Espitia, J.D. Quintans, M.M. Freitas, M.ˆA. Cerqueira, J. 
A. Teixeira, J.C. Cardoso, Hydrogel as an alternative structure for food packaging 
systems, Carbohydr. Polym. 205 (2019) 106–116
. 
[16]
U.S. Madduma-Bandarage, S.V. Madihally, Synthetic hydrogels: synthesis, novel 
trends, and applications, J. Appl. Polym. Sci. 138 (19) (2021) 50376
. 
[17]
K. ´Alvarez, L. Fam´a, T.J. Guti´errez, Physicochemical, antimicrobial and 
mechanical properties of thermoplastic materials based on biopolymers with 
application in the food industry, in: Advances in Physicochemical Properties of 
Biopolymers: Part 1, 2017, pp. 358–400
. 
[18]
S. Nangia, S. Warkar, D. Katyal, A review on environmental applications of 
chitosan biopolymeric hydrogel based composites, J. Macromol. Sci. A 55 
(11–12) (2018) 747–763
. 
[19]
S. Reakasame, A.R. Boccaccini, Oxidized alginate-based hydrogels for tissue 
engineering applications: a review, Biomacromolecules 19 (1) (2018) 3–21
. 
[20]
X. Hu, Y. Wang, L. Zhang, M. Xu, Construction of self-assembled polyelectrolyte 
complex hydrogel based on oppositely charged polysaccharides for sustained 
delivery of green tea polyphenols, Food Chem. 306 (2020), 125632
. 
[21]
K. Liu, Y.Y. Chen, X.Q. Zha, Q.M. Li, L.H. Pan, J.P. Luo, Research progress on 
polysaccharide/protein hydrogels: Preparation method, functional property and 
application as delivery systems for bioactive ingredients, Food Res. Int. 147 
(2021), 110542
. 
[22]
T. Senturk Parreidt, K. Müller, M. Schmid, Alginate-based edible films and 
coatings for food packaging applications, Foods. 7 (10) (2018) 170
. 
[23]
T. Wu, J. Huang, Y. Jiang, Y. Hu, X. Ye, D. Liu, J. Chen, Formation of hydrogels 
based on chitosan/alginate for the delivery of lysozyme and their antibacterial 
activity, Food Chem. 240 (2018) 361–369
. 
[24]
H. Du, W. Liu, M. Zhang, C. Si, X. Zhang, B. Li, Cellulose nanocrystals and 
cellulose nanofibrils based hydrogels for biomedical applications, Carbohydr. 
Polym. 209 (2019) 130–144
. 
[25]
X. Qi, W. Wei, J. Shen, W. Dong, Salecan polysaccharide-based hydrogels and 
their applications: a review, J. Mater. Chem. B 7 (16) (2019) 2577–2587
. 
[26]
H. Hu, F.J. Xu, Rational design and latest advances of polysaccharide-based 
hydrogels for wound healing, Biomaterials science 8 (8) (2020) 2084–2101
. 
[27]
L. Zhang, K. Li, W. Xiao, L. Zheng, Y. Xiao, H. Fan, X. Zhang, Preparation of 
collagen–chondroitin sulfate–hyaluronic acid hybrid hydrogel scaffolds and cell 
compatibility in vitro, Carbohydr. Polym. 84 (1) (2011) 118–125
. 
[28]
M. Constantin, S.M. Bucatariu, F. Doroftei, G. Fundueanu, Smart composite 
materials based on chitosan microspheres embedded in thermosensitive hydrogel 
for controlled delivery of drugs, Carbohydr. Polym. 157 (2017) 493–502
. 
[29]
S. Morariu, M. Bercea, M. Teodorescu, M. Avadanei, Tailoring the properties of 
poly (vinyl alcohol)/poly (vinylpyrrolidone) hydrogels for biomedical 
applications, Eur. Polym. J. 84 (2016) 313–325
. 
[30]
M. Rutkeviˇcius, G.H. Mehl, J.T. Petkov, S.D. Stoyanov, V.N. Paunov, Fabrication 
of salt–hydrogel marbles and hollow-shell microcapsules by an aerosol gelation 
technique, J. Mater. Chem. B 3 (1) (2015) 82–89
. 
[31]
E.S. Dragan, Design and applications of interpenetrating polymer network 
hydrogels. A review, Chem. Eng. J. 243 (2014) 572–590
. 
[32]
S.S. Silva, J.F. Mano, R.L. Reis, Potential applications of natural origin polymer- 
based systems in soft tissue regeneration, Crit. Rev. Biotechnol. 30 (3) (2010) 
200–221
. 
[33]
S.A. Ganie, R.A. Naik, A. Ali, T.A. Mir, N. Mazumdar, Preparation, 
characterization, release and antianemic studies of guar gum functionalized Iron 
complexes, Int. J. Biol. Macromol. 183 (2021) 1495–1504
. 
[34]
M. Diolos`a, I. Donati, G. Turco, M. Cadenaro, R. Di Lenarda, L. Breschi, 
S. Paoletti, Use of methacrylate-modified chitosan to increase the durability of 
dentine bonding systems, Biomacromolecules 15 (12) (2014) 4606–4613
. 
[35]
Z. Zhang, R. Zhang, L. Zou, L. Chen, Y. Ahmed, W. Al Bishri, D.J. McClements, 
Encapsulation of curcumin in polysaccharide-based hydrogel beads: impact of 
bead type on lipid digestion and curcumin bioaccessibility, Food Hydrocoll. 58 
(2016) 160–170
. 
[36]
O.V. Okoro, L. Nie, P. Hobbi, A. Shavandi, Valorization of waste apple pomace for 
production of platform biochemicals: a multi-objective optimization study, Waste 
Biomass Valoriz. 12 (12) (2021) 6887–6901
. 
[37]
X. Gao, C. He, C. Xiao, X. Zhuang, X. Chen, Biodegradable pH-responsive 
polyacrylic acid derivative hydrogels with tunable swelling behavior for oral 
delivery of insulin, Polymer 54 (7) (2013) 1786–1793
. 
[38]
S.K. Samal, M. Dash, P. Dubruel, S.Van Vlierberghe, Smart polymer hydrogels: 
properties, synthesis and applications, in: Smart Polymers and Their Applications, 
Woodhead Publishing, 2014, pp. 237–270
. 
[39]
N. Das, Preparation methods and properties of hydrogel: a review, Int J Pharm 
Pharm Sci 5 (2013) 112–117
. 
[40]
K. Kabiri, H. Omidian, M.J. Zohuriaan-Mehr, S. Doroudiani, Superabsorbent 
hydrogel composites and nanocomposites: a review, Polym. Compos. 32 (2012) 
277–289
. 
[41]
N. Bhattarai, J. Gunn, M. Zhang, Chitosan-based hydrogels for controlled, 
localized drug delivery, Adv. Drug Deliv. Rev. 62 (1) (2010) 83–99
. 
[42]
T.J. Guti´errez, R. Guzm´an, C.M. Jaramillo, L. Fam´a, Effect of beet flour on films 
made from biological macromolecules: native and modified plantain flour, Int. J. 
Biol. Macromol. 82 (2016) 395–403
. 
[43]
L.A. Lucia, D.S. Argyropoulos, W. Ban, J. Song, Modifying the functionality of 
starch films with natural polymers. In materials, chemicals, and energy from 
forest biomass; ACS symposium series, Am. Chem. Soc. 954 (2007) 1–20
. 
[44]
Y. Huang, S. Onyeri, M. Siewe, A. Moshfeghian, S.V. Madihally, In vitro 
characterization of chitosan–gelatin scaffolds for tissue engineering, Biomaterials 
26 (36) (2005) 7616–7627
. 
[45]
M.C. Catoira, L. Fusaro, D. Di Francesco, M. Ramella, F. Boccafoschi, Overview of 
natural hydrogels for regenerative medicine applications, J. Mater. Sci. Mater. 
Med. 30 (10) (2019) 1–10
. 
[46]
R.A.A. Muzzarelli, C. Muzzarelli, Chitin and chitosan hydrogels, in: Handbook of 
Hydrocolloids, Woodhead Publishing, 2009, pp. 849–888
. 
[47]
S.H. Kim, Y.K. Yeon, J.M. Lee, J.R. Chao, Y.J. Lee, Y.B. Seo, C.H. Park, Precisely 
printable and biocompatible silk fibroin bioink for digital light processing 3D 
printing, Nat. Commun. 9 (1) (2018) 1–14
. 
[48]
L. Fan, L. Yu, Y. Xu, C. Yi, J. Cai, M. Li, J. Huang, The novel alginate/N-succinyl- 
chitosan antibacterial blend fibers, J. Appl. Polym. Sci. 116 (4) (2010) 
2151–2156
. 
[49]
K. Divya, M.S. Jisha, Chitosan nanoparticles preparation and applications, 
Environ. Chem. Lett. 16 (1) (2018) 101–112
. 
[50]
M.A.M. Rocha, M.A. Coimbra, C. Nunes, Applications of chitosan and their 
derivatives in beverages: a critical review, Curr. Opin. Food Sci. 15 (2017) 61–69
. 
[51]
J. Huang, Q. Wang, L. Chu, Q. Xia, Liposome-chitosan hydrogel bead delivery 
system for the encapsulation of linseed oil and quercetin: Preparation and in vitro 
characterization studies, LWT Food Sci. Technol. 117 (2020), 108615
. 
[52]
G.A. Mart˘au, M. Mihai, D.C. Vodnar, The use of chitosan, alginate, and pectin in 
the biomedical and food sector—biocompatibility, bioadhesiveness, and 
biodegradability, Polymers 11 (11) (2019) 1837
. 
[53]
A. Irastorza, I. Zarandona, M. Andonegi, P. Guerrero, K. de la Caba, The 
versatility of collagen and chitosan: From food to biomedical applications, Food 
Hydrocoll. 116 (2021), 106633
. 
[54]
B. Tian, J. Wang, Q. Liu, Y. Liu, D. Chen, Formation chitosan-based hydrogel film 
containing silicon for hops β-acids release as potential food packaging material, 
Int. J. Biol. Macros. 191 (2021) 288–298
. 
[55]
J. Yang, M. Shen, Y. Luo, T. Wu, X. Chen, Y. Wang, J. Xie, Advanced applications 
of chitosan-based hydrogels: From biosensors to intelligent food packaging 
system, Trends Food Sci. Technol. 110 (2021) 822–832
. 
[56]
A.F. Hashim, S.F. Hamed, H.A.A. Hamid, K.A. Abd-Elsalam, I. Golonka, 
W. Musiał, I.M. El-Sherbiny, Antioxidant and antibacterial activities of omega-3 
rich oils/curcumin nanoemulsions loaded in chitosan and alginate-based 
microbeads, Int. J. Biol. Macromol. 140 (2019) 682–696
.