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

A. Manzoor et al.

---

International Journal of Biological Macromolecules 213 (2022) 987–1006
1004
[119]
F. Yokoyama, I. Masada, K. Shimamura, T. Ikawa, K. Monobe, Morphology and 
structure of highly elastic poly (vinyl alcohol) hydrogel prepared by repeated 
freezing-and-melting, Colloid Polym. Sci. 264 (7) (1986) 595–601
. 
[120]
K. Nishinari, H. Zhang, S. Ikeda, Hydrocolloid gels of polysaccharides and 
proteins, Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 5 (3–4) (2000) 195–201
. 
[121]
P.J. Strong, H. Claus, Laccase: a review of its past and its future in bioremediation, 
Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. 41 (4) (2011) 373–434
. 
[122]
M.U. Minhas, M. Ahmad, L. Ali, M. Sohail, Synthesis of chemically cross-linked 
polyvinyl alcohol-co-poly (methacrylic acid) hydrogels by copolymerization; a 
potential graft-polymeric carrier for oral delivery of 5-fluorouracil, DARU J. 
Pharm. Sci. 21 (1) (2013) 1–9
. 
[123]
M. Bustamante-Torres, D. Romero-Fierro, B. Arcentales-Vera, K. Palomino, 
H. Maga˜na, E. Bucio, Hydrogels classification according to the physical or 
chemical interactions and as stimuli-sensitive materials, Gels 7 (4) (2021) 182
. 
[124]
G. Giammona, G. Pitarresi, G. Cavallaro, G. Spadaro, New biodegradable 
hydrogels based on an acryloylated polyaspartamide cross-linked by gamma 
irradiation, J. Biomater. Sci. Polym. Ed. 10 (9) (1999) 969–987
. 
[125]
J.J. Sperinde, L.G. Griffith, Synthesis and characterization of enzymatically-cross- 
linked poly (ethylene glycol) hydrogels, Macromolecules 30 (18) (1997) 
5255–5264
. 
[126]
H. Tan, C.R. Chu, K.A. Payne, K.G. Marra, Injectable in situ forming 
biodegradable chitosan–hyaluronic acid based hydrogels for cartilage tissue 
engineering, Biomaterials 30 (13) (2009) 2499–2506
. 
[127]
P. Martens, K.S. Anseth, Characterization of hydrogels formed from acrylate 
modified poly (vinyl alcohol) macromers, Polymer 41 (21) (2000) 7715–7722
. 
[128]
S. Nam, K.H. Hu, M.J. Butte, O. Chaudhuri, Strain-enhanced stress relaxation 
impacts nonlinear elasticity in collagen gels, Proc. Natl. Acad. Sci. 113 (20) 
(2016) 5492–5497
. 
[129]
A.V. Nair, M. Raman, M. Doble, Polysaccharide-based hydrogels for targeted drug 
delivery, in: Materials for Biomedical Engineering, Elsevier, 2019, pp. 343–382
. 
[130]
S.P. Nagam, A.N. Jyothi, J. Poojitha, S.A.N.T.H.O.S.H. Aruna, R.R. Nadendla, 
A comprehensive review on hydrogels, Int. J. Curr. Pharm. Res. 8 (1) (2016) 
19–23
. 
[131]
C. Naziha, Y. L’Hocine, G. Lukas, L.M. Federico, C. Soumia, F. Silvia, History and 
applications of hydrogel, J. Biomed. Sci. (2015). ISSN 2254-609X
. 
[132]
A. Ali, S. Ahmed, Recent advances in edible polymer-based hydrogels as a 
sustainable alternative to conventional polymers, J. Agric. Food Chem. 66 (27) 
(2018) 6940–6967
. 
[133]
Q. Tang, J. Wu, H. Sun, S. Fan, D. Hu, J. Lin, Superabsorbent conducting hydrogel 
from poly (acrylamide-aniline) with thermo-sensitivity and release properties, 
Carbohydr. Polym. 73 (3) (2008) 473–481
. 
[134]
S.M.M. Quintero, M. Cremona, A.L.C. Triques, A.R. d'Almeida, A.M.B. Braga, 
Swelling and morphological properties of poly (vinyl alcohol)(PVA) and poly 
(acrylic acid)(PAA) hydrogels in solution with high salt concentration, Polymers 
51 (4) (2010) 953–958
. 
[135]
F.A. Aouada, M.R.D. Moura, W.T. Lopes da Silva, E.C. Muniz, L.H.C. Mattoso, 
Preparation and characterization of hydrophilic, spectroscopic, and kinetic 
properties of hydrogels based on polyacrylamide and methylcellulose 
polysaccharide, J. Appl. Polym. Sci. 120 (5) (2011) 3004–3013
. 
[136]
G. Kowalski, K. Kijowska, M. Witczak, Ł. Kuterasi´nski, M. Łukasiewicz, Synthesis 
and effect of structure on swelling properties of hydrogels based on high 
methylated pectin and acrylic polymers, Polymers 11 (1) (2019) 114
. 
[137]
C. Chang, B. Duan, J. Cai, L. Zhang, Superabsorbent hydrogels based on cellulose 
for smart swelling and controllable delivery, Eur. Polym. J. 46 (1) (2010) 92–100
. 
[138]
Y. Shi, D. Xiong, Y. Liu, N. Wang, X. Zhao, Swelling, mechanical and friction 
properties of PVA/PVP hydrogels after swelling in osmotic pressure solution, 
Mater. Sci. Eng. C. 65 (2016) 172–180
. 
[139]
W.B. Wang, A.Q. Wang, Preparation, swelling and water-retention properties of 
crosslinked superabsorbent hydrogels based on guar gum, in: Advanced Materials 
Research, Trans Tech Publications Ltd, 2010, pp. 177–182
. 
[140]
H.M. El-Husseiny, E.A. Mady, L. Hamabe, A. Abugomaa, K. Shimada, T. Yoshida, 
R. Tanaka, Smart/stimuli-responsive hydrogels: Cutting-edge platforms for tissue 
engineering and other biomedical applications, Mater. Today Bio 13 (2022), 
100186
. 
[141]
T. Begam, A.K. Nagpal, R. Singhal, A comparative study of swelling properties of 
hydrogels based on poly (acrylamide-co-methyl methacrylate) containing 
physical and chemical crosslinks, J. Appl. Polym. Sci. 89 (3) (2003) 779–786
. 
[142]
J.S. Temenoff, K.A. Athanasiou, R.G. Lebaron, A.G. Mikos, Effect of poly (ethylene 
glycol) molecular weight on tensile and swelling properties of oligo (poly 
(ethylene glycol) fumarate) hydrogels for cartilage tissue engineering, J. Biomed. 
Mater. Res. 59 (3) (2002) 429–437
. 
[143]
A.A. Oun, J.W. Rhim, Carrageenan-based hydrogels and films: effect of ZnO and 
CuO nanoparticles on the physical, mechanical, and antimicrobial properties, 
Food Hydrocoll. 67 (2017) 45–53
. 
[144]
S. Shankar, J.W. Rhim, Tocopherol-mediated synthesis of silver nanoparticles and 
preparation of antimicrobial PBAT/silver nanoparticles composite films, LWT- 
Food Sci. Technol. 72 (2016) 149–156
. 
[145]
R. Liu, L. Dai, C. Si, Z. Zeng, Antibacterial and hemostatic hydrogel via 
nanocomposite from cellulose nanofibers, Carbohydr. Polym. 195 (2018) 63–70
. 
[146]
H. Chen, J. Cheng, L. Ran, K. Yu, B. Lu, G. Lan, F. Lu, An injectable self-healing 
hydrogel with adhesive and antibacterial properties effectively promotes wound 
healing, Carbohydr. Polym. 201 (2018) 522–531
. 
[147]
N. Annabi, D. Rana, E.S. Sani, R. Portillo-Lara, J.L. Gifford, M.M. Fares, A. 
S. Weiss, Engineering a sprayable and elastic hydrogel adhesive with 
antimicrobial properties for wound healing, Biomaterials 139 (2017) 229–243
. 
[148]
J.R. Padhi, D. Nayak, A. Nanda, P.R. Rauta, S. Ashe, B. Nayak, Development of 
highly biocompatible gelatin & i-carrageenan based composite hydrogels: in 
depth physiochemical analysis for biomedical applications, Carbohydr. Polym. 
153 (2016) 292–301
. 
[149]
J.W. Rhim, L.F. Wang, Mechanical and water barrier properties of agar/ 
κ
-carrageenan/konjac glucomannan ternary blend biohydrogel films, Carbohydr. 
Polym. 96 (1) (2013) 71–81
. 
[150]
R. Balasubramanian, S.S. Kim, J. Lee, Novel synergistic transparent k- 
carrageenan/xanthan gum/gellan gum hydrogel film: Mechanical, thermal and 
water barrier properties, Int. J. Biol. Macromol. 118 (2018) 561–568
. 
[151]
Q. Yang, S. Fujisawa, T. Saito, A. Isogai, Improvement of mechanical and oxygen 
barrier properties of cellulose films by controlling drying conditions of 
regenerated cellulose hydrogels, Cellulose 19 (3) (2012) 695–703
. 
[152]
P. Puligundla, J. Jung, S. Ko, Carbon dioxide sensors for intelligent food 
packaging applications, Food Control 25 (1) (2012) 328–333
. 
[153]
B. Regubalan, P. Pandit, S. Maiti, G.T. Nadathur, A. Mallick, in: Potential Bio- 
based Edible Films, Foams, and Hydrogels for Food Packaging in Bio-based 
Materials for Food Packaging, Springer, Singapore, 2018, pp. 105–123
. 
[154]
N. Roy, N. Saha, T. Kitano, P. Saha, Biodegradation of PVP–CMC hydrogel film: A 
useful food packaging material, Carbohydr. Polym. 89 (2) (2012) 346–353
. 
[155]
B.B. Anita, A.J. Thatheyus, D. Ramya, Biogradation of carboxymethly cellulose 
using Aspergillus flavus, Sci. Int. 1 (4) (2013) 85–91
. 
[156]
A. Fern´andez, D. Cava, M.J. Ocio, J.M. Lagar´on, Perspectives for biocatalysts in 
food packaging, Trends Food Sci. Technol. 19 (4) (2008) 198–206
. 
[157]
H.M. Shewan, J.R. Stokes, Review of techniques to manufacture micro-hydrogel 
particles for the food industry and their applications, J. Food Eng. 119 (4) (2013) 
781–792
. 
[158]
S. Farris, K.M. Schaich, L. Liu, L. Piergiovanni, K.L. Yam, Development of polyion- 
complex hydrogels as an alternative approach for the production of bio-based 
polymers for food packaging applications: a review, Trends Food Sci. Technol. 20 
(8) (2009) 316–332
. 
[159]
H.M. de Azeredo, Antimicrobial nanostructures in food packaging, Trends Food 
Sci. Technol. 30 (1) (2013) 56–69
. 
[160]
S. Kalia (Ed.), Polymeric Hydrogels as Smart Biomaterials, Springer, Berlin, 
Germany, 2016
. 
[161]
L.F. Wang, J.W. Rhim, Preparation and application of agar/alginate/collagen 
ternary blend functional food packaging films, Int. J. Biol. Macromol. 80 (2015) 
460–468
. 
[162]
S.J. Risch, Food packaging history and innovations, J. Agric. Food Chem. 57 (18) 
(2009) 8089–8092
. 
[163]
A.E. Kapetanakou, S.G. Manios, P.N. Skandamis, Application of edible films and 
coatings on food, Novel Food Preser. Microb. Assessm. Techniq. (2014) 237
. 
[164]
S. Baek, D. Kim, S.L. Jeon, J. Seo, Preparation and characterization of pH- 
responsive poly (N, N -dimethyl acrylamide- co -methacryloylsulfadimethoxine) 
hydrogels for application as food freshness indicators, React. Funct. Polym. 120 
(2017) 57–65
. 
[165]
L. Manzocco, M. Anese, S. Calligaris, B. Quarta, M.C. Nicoli, Use of monoglyceride 
hydrogel for the production of low-fat short dough pastry, Food Chem. 132 (1) 
(2012) 175–180
. 
[166]
A.L. Incoronato, A. Conte, G.G. Buonocore, M.A. Del Nobile, Agar hydrogel with 
silver nanoparticles to prolong the shelf life of Fior di Latte cheese, J. Dairy Sci. 94 
(4) (2011) 1697–1704
. 
[167]
Y. Liu, R. Wang, D. Wang, Z. Sun, F. Liu, D. Zhang, D. Wang, Development of a 
food packaging antibacterial hydrogel based on gelatin, chitosan, and 3-phenyl-
lactic acid for the shelf-life extension of chilled chicken, Food Hydrocoll. 127 
(2022), 107546
. 
[168]
R.T. Heck, E. Salda˜na, J.M. Lorenzo, L.P. Correa, M.B. Fagundes, A.J. Cichoski, P. 
C.B. Campagnol, Hydrogelled emulsion from chia and linseed oils: a promising 
strategy to produce low-fat burgers with a healthier lipid profile, Meat Sci. 156 
(2019) 174–182
. 
[169]
M. Alejandre, I. Astiasar´an, D. Ansorena, S. Barbut, Using canola oil hydrogels 
and organogels to reduce saturated animal fat in meat batters, Food Res. Int. 122 
(2019) 129–136
. 
[170]
D.J. McClements, E.A. Decker, J. Weiss, Emulsion-based delivery systems for 
lipophilic bioactive components, J. Food Sci. 72 (8) (2007) R109–R124
. 
[171]
L. Salcedo-Sandoval, S. Cofrades, C. Ruiz-Capillas, A. Matalanis, D.J. McClements, 
E.A. Decker, F. Jim´enez-Colmenero, Oxidative stability of n-3 fatty acids 
encapsulated in filled hydrogel particles and of pork meat systems containing 
them, Food Chem. 184 (2015) 207–213
. 
[172]
A. Matalanis, D.J. McClements, Impact of encapsulation within hydrogel 
microspheres on lipid digestion: an in vitro study, Food Biophys. 7 (2) (2012) 
145–154
. 
[173]
A. Kwan, G. Davidov-Pardo, Controlled release of flavor oil nanoemulsions 
encapsulated in filled soluble hydrogels, Food Chem. 250 (2018) 46–53
. 
[174]
S. Park, S. Mun, Y.R. Kim, Effect of xanthan gum on lipid digestion and 
bioaccessibility of β-carotene-loaded rice starch-based filled hydrogels, Food Res. 
Int. 105 (2018) 440–445
. 
[175]
J. Bechaux, P. Gatellier, J.F. Le Page, Y. Drillet, V. Sante-Lhoutellier, 
A comprehensive review of bioactive peptides obtained from animal byproducts 
and their applications, Food Funct. 10 (10) (2019) 6244–6266
. 
[176]
B. Tomadoni, C. Capello, G.A. Valencia, T.J. Guti´errez, Self-assembled proteins 
for food applications: a review, Trends Food Sci. Technol. 101 (2020) 1–16
. 
[177]
E. Benito-Pe˜na, V. Gonz´alez-Vallejo, A. Rico-Yuste, L. Barbosa-Pereira, J.M. Cruz, 
A. Bilbao, M.C. Moreno-Bondi, Molecularly imprinted hydrogels as functional 
active packaging materials, Food Chem. 190 (2016) 487–494
.