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
1005
[178]
A.Faridi Esfanjani, S.M. Jafari, Biopolymer nano-particles and natural nano- 
carriers for nano-encapsulation of phenolic compounds, Colloids Surf. B. 146 
(2016) 532–543
. 
[179]
S.M. Jafari, Chapter 1-an overview of nanoencapsulation techniques and their 
classification, in: Nanoencapsulation Technologies for the Food and Nutraceutical 
Industries, Academic Press, 2017, pp. 1–34
. 
[180]
S.M. Jafari, Chapter 1-an introduction to nanoencapsulation techniques for the 
food bioactive ingredients, in: Nanoencapsulation of Food Bioactive Ingredients, 
Academic Press, 2017, pp. 1–62
. 
[181]
R. Snyders, K.I. Shingel, O. Zabeida, C. Roberge, M.P. Faure, L. Martinu, J. 
E. Klemberg-Sapieha, Mechanical and microstructural properties of hybrid poly 
(ethylene glycol)–soy protein hydrogels for wound dressing applications, 
J. Biomed. Mater. Res. A 83 (1) (2007) 88–97
. 
[182]
A.C. Lima, P. Sher, J.F. Mano, Production methodologies of polymeric and 
hydrogel particles for drug delivery applications, Expert Opin. Drug Deliv. 9 (2) 
(2012) 231–248
. 
[183]
S. Mokhtari, S.M. Jafari, E. Assadpour, Development of a nutraceutical nano- 
delivery system through emulsification/internal gelation of alginate, Food Chem. 
229 (2017) 286–295
. 
[184]
C. Vilela, R.J.B. Pinto, S. Pinto, P. Marques, A. Silvestre, C.S.D.R.F. Barros, 
Polysaccharide Based Hybrid Materials: Metals and Metal Oxides, Graphene and 
Carbon Nanotubes, Springer, 2018
. 
[185]
P.C. Reddy, K.S.C. Chaitanya, Y.M. Rao, A review on bioadhesive buccal drug 
delivery systems: current status of formulation and evaluation methods, DARU J. 
Pharm. Sci. 19 (6) (2011) 385
. 
[186]
L.A. Sharpe, A.M. Daily, S.D. Horava, N.A. Peppas, Therapeutic applications of 
hydrogels in oral drug delivery, Expert Opin. Drug Deliv. 11 (6) (2014) 901–915
. 
[187]
Z. Zhang, R. Zhang, L. Chen, Q. Tong, D.J. McClements, Designing hydrogel 
particles for controlled or targeted release of lipophilic bioactive agents in the 
gastrointestinal tract, Eur. Polym. J. 72 (2015) 698–716
. 
[188]
H.T. Hoang, S.H. Jo, Q.T. Phan, H. Park, S.H. Park, C.W. Oh, K.T. Lim, Dual pH-/ 
thermo-responsive chitosan-based hydrogels prepared using" click" chemistry for 
colon-targeted drug delivery applications, Carbohydr. Polym. 260 (2021), 
117812
. 
[189]
K.S. Soppimath, T.M. Aminabhavi, A.M. Dave, S.G. Kumbar, W.E. Rudzinski, 
Stimulus-responsive “smart” hydrogels as novel drug delivery systems, Drug Dev. 
Ind. Pharm. 28 (8) (2002) 957–974
. 
[190]
R. Singh, J.W. Lillard Jr., Nanoparticle-based targeted drug delivery, Exp. Mol. 
Pathol. 86 (3) (2009) 215–223
. 
[191]
Z. Liu, Y. Jiao, Y. Wang, C. Zhou, Z. Zhang, Polysaccharides-based nanoparticles 
as drug delivery systems, Adv. Drug Deliv. Rev. 60 (15) (2008) 1650–1662
. 
[192]
Y. Luo, Perspectives on important considerations in designing nanoparticles for 
oral delivery applications in food, J. Agric. Food Res. 2 (2020), 100031
. 
[193]
Y. Luo, Food colloids binary and ternary nanocomplexes: Innovations and 
discoveries, Colloids Surf. B: Biointerfaces 196 (2020), 111309
. 
[194]
D.J. McClements, Recent progress in hydrogel delivery systems for improving 
nutraceutical bioavailability, Food Hydrocoll. 68 (2017) 238–245
. 
[195]
D.J. McClements, E.A. Decker, Lipid oxidation in oil-in-water emulsions: Impact 
of molecular environment on chemical reactions in heterogeneous food systems, 
J. Food Sci. 65 (8) (2000) 1270–1282
. 
[196]
C. Jacobsen, Some strategies for the stabilization of long chain n-3 PUFA-enriched 
foods: A review, Eur. J. Lipid Sci. Technol. 117 (11) (2015) 1853–1866
. 
[197]
C. Jacobsen, M.B. Let, N.S. Nielsen, A.S. Meyer, Antioxidant strategies for 
preventing oxidative flavour deterioration of foods enriched with n-3 
polyunsaturated lipids: a comparative evaluation, Trends Food Sci. Technol. 19 
(2) (2008) 76–93
. 
[198]
A. Matalanis, E.A. Decker, D.J. McClements, Inhibition of lipid oxidation by 
encapsulation of emulsion droplets within hydrogel microspheres, Food Chem. 
132 (2) (2012) 766–772
. 
[199]
Z. Zhang, E.A. Decker, D.J. McClements, Encapsulation, protection, and release of 
polyunsaturated lipids using biopolymer-based hydrogel particles, Food Res. Int. 
64 (2014) 520–526
. 
[200]
J. Berman, U. Zorrilla-L´opez, G. Farr´e, C. Zhu, G. Sandmann, R.M. Twyman, 
T. Capell, P. Christou, Nutritionally important carotenoids as consumer products, 
Phytochem. Rev. 14 (5) (2015) 727–743
. 
[201]
C.S. Boon, D.J. McClements, J. Weiss, E.A. Decker, Role of iron and 
hydroperoxides in the degradation of lycopene in oil-in-water emulsions, J. Agric. 
Food Chem. 57 (7) (2009) 2993–2998
. 
[202]
C. Qian, E.A. Decker, H. Xiao, D.J. McClements, Inhibition of β-carotene 
degradation in oil-in-water nanoemulsions: influence of oil-soluble and water- 
soluble antioxidants, Food Chem. 135 (3) (2012) 1036–1043
. 
[203]
C. Qian, E.A. Decker, H. Xiao, D.J. McClements, Physical and chemical stability of 
β
-carotene-enriched nanoemulsions: Influence of pH, ionic strength, temperature, 
and emulsifier type, Food Chem. 132 (3) (2012) 1221–1229
. 
[204]
Z. Zhang, R. Zhang, D.J. McClements, Encapsulation of β-carotene in alginate- 
based hydrogel beads: Impact on physicochemical stability and bioaccessibility, 
Food Hydrocoll. 61 (2016) 1–10
. 
[205]
M. Zhou, Q. Hu, T. Wang, J. Xue, Y. Luo, Alginate hydrogel beads as a carrier of 
low density lipoprotein/pectin nanogels for potential oral delivery applications, 
Int. J. Biol. Macromol. 120 (2018) 859–864
. 
[206]
B. Qu, Y. Luo, Chitosan-based hydrogel beads: Preparations, modifications and 
applications in food and agriculture sectors–A review, Int. J. Biol. Macromol. 152 
(2020) 437–448
. 
[207]
S. Mun, Y.R. Kim, D.J. McClements, Control of β-carotene bioaccessibility using 
starch-based filled hydrogels, Food Chem. 173 (2015) 454–461
. 
[208]
I.A. Brownlee, A. Allen, J.P. Pearson, P.W. Dettmar, M.E. Havler, M.R. Atherton, 
E. Onsøyen, Alginate as a source of dietary fiber, Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 45 (6) 
(2005) 497–510
. 
[209]
F. Mancini, L. Montanari, D. Peressini, P. Fantozzi, Influence of alginate 
concentration and molecular weight on functional properties of mayonnaise, LWT 
Food Sci. Technol. 35 (6) (2002) 517–525
. 
[210]
K. Wendin, K. Aaby, A. Edris, M.R. Ellekjaer, R. Albin, B. Bergenståhl, R. Solheim, 
Low-fat mayonnaise: influences of fat content, aroma compounds and thickeners, 
Food Hydrocoll. 11 (1) (1997) 87–99
. 
[211]
H.S. Gujral, P. Sharma, N. Singh, D.S. Sogi, Effect of hydrocolloids on the 
rheology of tamarind sauce, J. Food Sci. Technol. 38 (4) (2001) 314–318
. 
[212]
O. Smidsrod, K.I. Draget, Chemistry and physical properties of alginates, 
Carbohydr. Eur. 14 (1996) 6–13
. 
[213]
D. Paraskevopoulou, D. Boskou, A. Paraskevopoulou, Oxidative stability of olive 
oil–lemon juice salad dressings stabilized with polysaccharides, Food Chem. 101 
(3) (2007) 1197–1204
. 
[214]
D. G´omez-Dı́az, J.M. Navaza, Rheology of food stabilizers blends, J. Food Eng. 64 
(2) (2004) 143–149
. 
[215]
I.M. Ferreira, K. Jorge, L.C. Nogueira, F. Silva, L.C. Trugo, Effects of the 
combination of hydrophobic polypeptides, iso-
α 
acids, and malto- 
oligosaccharides on beer foam stability, J. Agric. Food Chem. 53 (12) (2005) 
4976–4981
. 
[216]
E.M. Hubbermann, A. Heins, H. St¨ockmann, K. Schwarz, Influence of acids, salt, 
sugars and hydrocolloids on the colour stability of anthocyanin rich black currant 
and elderberry concentrates, Eur. Food Res. Technol. 223 (1) (2006) 83–90
. 
[217]
P. Burey, B.R. Bhandari, T. Howes, M.J. Gidley, Gel particles from spray-dried 
disordered polysaccharides, Carbohydr. Polym. 76 (2009) 206–213
. 
[218]
J.R. Stokes, Rheology of industrially relevant microgels, in: A. Fernandez-Neives, 
H. Wyss, J. Mattson, D.A. Weitz (Eds.), Microgel Suspensions – Fundamentals and 
Applications, Wiley-VCH, Weinheim, 2011
. 
[219]
T. Funami, M. Unami, H. Yada, Y. Nakao, Gelation mechanism of curdlan by 
dynamic viscoelasticity measurements, J. Food Sci. 64 (1) (1999) 129–132
. 
[220]
T. Funami, H. Yada, Y. Nakao, Curdlan properties for application in fat mimetics 
for meat products, J. Food Sci. 63 (2) (1998) 283–287
. 
[221]
M. Ghanbari, M. Salavati-Niasari, F. Mohandes, B. Dolatyar, B. Zeynali, In vitro 
study of alginate–gelatin scaffolds incorporated with silica Nps as injectable, 
biodegradable hydrogels, RSC Adv. 11 (27) (2021) 16688–16697
. 
[222]
C. Chang, L. Zhang, J. Zhou, L. Zhang, J.F. Kennedy, Structure and properties of 
hydrogels prepared from cellulose in NaOH/urea aqueous solutions, Carbohydr. 
Polym. 82 (1) (2010) 122–127
. 
[223]
P. Sikdar, M.M. Uddin, T.M. Dip, S. Islam, M.S. Hoque, A.K. Dhar, S. Wu, Recent 
advances in the synthesis of smart hydrogels, Mater. Adv. (2021)
. 
[224]
K.J. De France, T. Hoare, E.D. Cranston, Review of hydrogels and aerogels 
containing nanocellulose, Chem. Mater. 29 (11) (2017) 4609–4631
. 
[225]
F. Ahmadi, Z. Oveisi, S.M. Samani, Z. Amoozgar, Chitosan based hydrogels: 
characteristics and pharmaceutical applications, Res. Pharm. Sci. 10 (1) (2015) 1
. 
[226]
S. Baruah, J. Dutta, Hydrothermal growth of ZnO nanostructures, Sci. Technol. 
Adv. Mater. (2009)
. 
[227]
H. Ghasemzadeh, F. Ghanaat, Antimicrobial alginate/PVA silver nanocomposite 
hydrogel, synthesis and characterization, J. Polym. Res. 21 (3) (2014) 1–14
. 
[228]
D. de Britto, S.P. Campana-Filho, Kinetics of the thermal degradation of chitosan, 
Thermochim. Acta 465 (1–2) (2007) 73–82
. 
[229]
G.S. Liou, P.H. Lin, H.J. Yen, Y.Y. Yu, T.W. Tsai, W.C. Chen, Highly flexible and 
optical transparent 6F-PI/TiO 2 optical hybrid films with tunable refractive index 
and excellent thermal stability, J. Mater. Chem. A 3 (2010) 531–536
. 
[230]
Y.S. Lipatov, Polymer blends and interpenetrating polymer networks at the 
interface with solids, Prog. Polym. Sci. 27 (9) (2002) 1721–1801
. 
[231]
J.T. Zhang, R. Bhat, K.D. Jandt, Temperature-sensitive PVA/PNIPAAm semi-IPN 
hydrogels with enhanced responsive properties, Acta Biomater. 5 (1) (2009) 
488–497
. 
[232]
J. Lim, A. Chouai, S.T. Lo, W. Liu, X. Sun, E. Simanek, Design, synthesis, 
characterization, and biological evaluation of triazine dendrimers bearing 
paclitaxel using ester and ester/disulfide linkages, Bioconjug. Chem. 20 (11) 
(2009) 2154–2161
. 
[233]
T. Iizawa, H. Taketa, M. Maruta, T. Ishido, T. Gotoh, S. Sakohara, Synthesis of 
porous poly (N-isopropylacrylamide) gel beads by sedimentation polymerization 
and their morphology, J. Appl. Polym. Sci. 104 (2) (2007) 842–850
. 
[234]
A. Cretu, R. Gattin, L. Brachais, D. Barbier-Baudry, Synthesis and degradation of 
poly (2-hydroxyethyl methacrylate)-graft-poly (
ε
-caprolactone) copolymers, 
Polym. Degrad. Stab. 83 (3) (2004) 399–404
. 
[235]
A. Richter, G. Paschew, S. Klatt, J. Lienig, K.F. Arndt, H.J.P. Adler, Review on 
hydrogel-based pH sensors and microsensors, Sensors 8 (1) (2008) 561–581
. 
[236]
C. Alvarez-Lorenzo, A. Concheiro, A.S. Dubovik, N.V. Grinberg, T.V. Burova, V. 
Y. Grinberg, Temperature-sensitive chitosan-poly (N-isopropylacrylamide) 
interpenetrated networks with enhanced loading capacity and controlled release 
properties, J. Control. Release 102 (3) (2005) 629–641
. 
[237]
B. Kim, N.A. Peppas, Poly (ethylene glycol)-containing hydrogels for oral protein 
delivery applications, Biomed. Microdevices 5 (4) (2003) 333–341
. 
[238]
N.M. Ranjha, S. Khan, Chitosan/poly (vinyl alcohol) based hydrogels for 
biomedical applications: a review, J. Pharm. Pharmacol. 2 (1) (2013) 30–41
. 
[239]
H.P. Cong, P. Wang, S.H. Yu, Stretchable and self-healing graphene 
oxide–polymer composite hydrogels: a dual-network design, Chem. Mater. 25 
(16) (2013) 3357–3362
. 
[240]
M. Yalpani, Polysaccharides: Syntheses, Modifications and Structure/Property 
Relations, Elsevier, 2013
.