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

Table 2 
Types of hydrogels based on different characteristics.
Characteristic considered 
References 
Preparation protocol 
Interpenetrating network hydrogels 
[227–231] 
Semi-interpenetrating network hydrogels 
[232–236] 
Co-polymer hydrogels
Multipolymer hydrogels
Homopolymer hydrogels
Cross-linking 
Traditional hydrogels 
[237–241] 
Stimuli-responsive hydrogels
Physical hydrogels (PVA-glycine hydrogels, gelatin, and agar 
gels)
Permanent hydrogels (poly (methyl methacrylate) and poly 
(2-hydroxyethyl methacrylate))
Structure of functional groups involved 
Amorphous 
[242,243] 
Semi-crystalline
Hydrogen bonded structure
Super molecular structures
Hydrocolloidal aggregates
Morphology 
Microporous hydrogels
Macroporous hydrogels
Non-porous hydrogels
Origin 
Natural 
[244–246] 
Synthetic
Hybrid
Semi-natural polymers
Biodegradability 
Biodegradable 
[247–249] 
Non-biodegradable
Physical appearance 
Tablet 
[250,251] 
Sponge 
[248] 
Multi-particulate system (granules, microspheres, 
nanospheres)
Film
Electrical charge 
Ionic 
[243] 
Non-ionic
Miscellaneous hydrogels 
Hydrogels sensitive to pH 
[242,244,251–253] 
Hydrogels sensitive to temperature, pressure
Complexing hydrogels
In situ hydrogels
A. Manzoor et al.

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International Journal of Biological Macromolecules 213 (2022) 987–1006
991
residues linked via a linear 1, 4-glycosidic bond. It's used in several 
applications in the food sector due to its hydrogel formation. Mechanical 
properties of hydrogels made from pectin are enhanced by adding Fe
3+
/ 
polyacrylamide. Hydrogels made from acrylic acid and acrylamide via a 
free radical mechanism in presence of starch exhibit essential charac-
teristics like biodegradability, swelling capacity, and sensitivity to 
changes in pH 
[67]
. Similarly, greater molecular weight-flexible protein 
structures are best for forming protein-polysaccharide couples because 
of their capacity to withstand changes in biopolymer conformance 
during various types of interactions such as electrostatic, hydrophobic, 
and physical contacts 
[68]
. Pectins are a group of polysaccharides and 
oligosaccharides that consists of about 65 % GalA (galacturonic acid) 
linked at O-1 and O-4 positions and HG (homogalacturonan)-constitutes 
about 65 % of pectin and a linear homopolymer of GalA (
α
-1,4 linked), 
RG I (rhamnogalacturonan I)-comprises about 20–35 % pectin and its 
backbone contains [-
α
-
D
-GalA-1,2-
α
-
L
-RG-1,4-]
n 
and RG II (rhamnoga-
lacturonan II)-comprises 10 % of pectin, instead of RG it has a backbone 
of HG and they form the three different pectic polysaccharides 
[69,70]
. 
Like other gels, the structure of pectin affects its gelling property like 
cross-linking arrangement of blocks, branching, the content of mono-
saccharides and the pectin-based hydrogels are advantageous because 
they can be obtained from the fruits like beet pulp, mango, citrus fruits, 
and apple. These hydrogels improve various mechanical properties, are 
non-toxic, reduce the solubility of water, are highly available, and 
endure antiviral and antimicrobial attributes 
[52,71]
. 
Pectin-based hydrogels can be added to foods acting as fat mimetics 
or fat replacers thereby meeting the consumer demand for low-fat foods 
[72]
. Moreover, pectin microgels are of appropriate size and have 
similar texture and deformability as the oil granules that qualify them as 
desirable fat replacers. Replacement of fat by pectin hydrogel imparts 
the properties in mayonnaise similar to that of mayonnaise with full fat 
[73]
. Pectin hydrogels have beneficial applications in food processing 
industry like texturizers replacing starch (granulated), commonly used 
texture modifier providing the same texture properties such as yield 
stress and shear viscosity as imparted by the starch granules. Moreover, 
pectin hydrogels control diabetes and obesity by modifying the texture 
of reduced-calorie foods consumed by obese persons 
[74]
. In another 
study, pectin-based hydrogels added with sodium alginate and cross- 
linked with citric acid enhanced the stability of chocolates under 
different temperature variations while such hydrogels replaced the 
cocoa butter, thereby showing improved glossiness at 50 % replacement 
[75]
. Pectin hydrogels enhanced the sensory and textural characteristics 
in cakes while used in place of shortenings 
[76]
. Pectin hydrogels are 
also reported to help in protecting the probiotic cells in an effective 
probiotic delivery system as the hydrogel pore size is much smaller than 
the bacterial cell size ensuring their proper entrapment 
[77]
. Another 
study undertaken revealed the protective nature of pectin-based 
hydrogel for the Lactobacillus rhamnosus strain under unfavorable con-
ditions of gastric and colonic fluid-containing enzymes 
[78]
. Hence, 
pectin-based hydrogels allow us to taste their different applications from 
fat mimetics to texture modifiers to health enhancers however, their 
beneficial aspects through the incorporation of bio-based materials are 
something we can immensely benefit ourselves consequently attracted 
research in recent years.