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
1003
[57]
J. Fu, F. Yang, Z. Guo, The chitosan hydrogels: From structure to function, New J. 
Chem. 42 (21) (2018) 17162–17180
. 
[58]
A. Travan, F. Scognamiglio, M. Borgogna, E. Marsich, I. Donati, L. Tarusha, 
S. Paoletti, Hyaluronan delivery by polymer demixing in polysaccharide-based 
hydrogels and membranes for biomedical applications, Carbohydr. Polym. 150 
(2016) 408–418
. 
[59]
A.D. Augst, H.J. Kong, D.J. Mooney, Alginate hydrogels as biomaterials, 
Macromol. Biosci. 6 (8) (2006) 623–633
. 
[60]
R. Gheorghita Puscaselu, A. Lobiuc, M. Dimian, M. Covasa, Alginate: From food 
industry to biomedical applications and management of metabolic disorders, 
Polymers 12 (10) (2020) 2417
. 
[61]
M.I. Neves, L. Moroni, C.C. Barrias, Modulating alginate hydrogels for improved 
biological performance as cellular 3D microenvironments, Front. Bioeng. 
Biotechnol. 8 (2020) 665
. 
[62]
C. Hu, W. Lu, A. Mata, K. Nishinari, Y. Fang, Ions-induced gelation of alginate: 
Mechanisms and applications, Int. J. Biol. Macromol. 177 (2021) 578–588
. 
[63]
M.T. Cook, G. Tzortzis, D. Charalampopoulos, V.V. Khutoryanskiy, Production 
and evaluation of dry alginate-chitosan microcapsules as an enteric delivery 
vehicle for probiotic bacteria, Biomacromolecules 12 (7) (2011) 2834–2840
. 
[64]
S. Nualkaekul, D. Lenton, M.T. Cook, V.V. Khutoryanskiy, D. Charalampopoulos, 
Chitosan coated alginate beads for the survival of microencapsulated 
Lactobacillus plantarum in pomegranate juice, Carbohydr. Polym. 90 (3) (2012) 
1281–1287
. 
[65]
S. Bashir, M. Hina, J. Iqbal, A.H. Rajpar, M.A. Mujtaba, N.A. Alghamdi, 
S. Ramesh, Fundamental concepts of hydrogels: synthesis, properties, and their 
applications, Polymers 12 (11) (2020) 2702
. 
[66]
J. Hu, T. Kurokawa, T. Nakajima, Z.L. Wu, S.M. Liang, J.P. Gong, Fracture process 
of microgel-reinforced hydrogels under uniaxial tension, Macromolecules 47 (11) 
(2014) 3587–3594
. 
[67]
C. Elvira, J.F. Mano, J. San Roman, R.L. Reis, Starch-based biodegradable 
hydrogels with potential biomedical applications as drug delivery systems, 
Biomaterials 23 (9) (2002) 1955–1966
. 
[68]
C. Schmitt, S.L. Turgeon, Protein/polysaccharide complexes and coacervates in 
food systems, Adv. Colloid Interf. Sci. 167 (1–2) (2011) 63–70
. 
[69]
C. Lara-Espinoza, E. Carvajal-Mill´an, R. Balandr´an-Quintana, Y. L´opez-Franco, 
A. Rasc´on-Chu, Pectin and pectin-based composite materials: beyond food 
texture, Molecules 23 (4) (2018) 942
. 
[70]
C.M. Freitas, J.S. Coimbra, V.G. Souza, R.C. Sousa, Structure and applications of 
pectin in food, biomedical, and pharmaceutical industry: a review, Coatings 11 
(8) (2021)
. 
[71]
S.P. Ishwarya, P. Nisha, Advances and prospects in the food applications of pectin 
hydrogels, Crit. Rev. Food Sci. Nutr. (2021) 1–25
. 
[72]
S.P. Ishwarya, P. Nisha, Advances and prospects in the food applications of pectin 
hydrogels, Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 1–25 (2021)
. 
[73]
H. Liu, X.M. Xu, S.D. Guo, Rheological, texture and sensory properties of low-fat 
mayonnaise with different fat mimetics, LWT Food Sci. Technol. 40 (6) (2007) 
946–954
. 
[74]
B.C. Wu, B. Degner, D.J. McClements, Soft matter strategies for controlling food 
texture: formation of hydrogel particles by biopolymer complex coacervation, 
J. Phys. Condens. Matter. 26 (46) (2014), 464104
. 
[75]
F.P. Francis, R. Chidambaram, Hybrid hydrogel dispersed low fat and heat 
resistant chocolate, J. Food Eng. 256 (2019) 9–17
. 
[76]
J. Lim, S. Ko, S. Lee, Use of Yuja (Citrus junos) pectin as a fat replacer in baked 
foods, Food Sci. Biotechnol. 23 (6) (2014) 1837–1841
. 
[77]
M.T. Cook, D. Charalampopoulos, V.V. Khutoryanskiy, Hydrogels in Cell-based 
Therapies, 1st ed., Royal Society of Chemistry, London, UK, 2014
. 
[78]
K. Pollock, G. Yu, R. Moller-Trane, M. Koran, P.I. Dosa, D.H. McKenna, A. Hubel, 
Combinations of osmolytes, including monosaccharides, disaccharides, and sugar 
alcohols act in concert during cryopreservation to improve mesenchymal stromal 
cell survival, Tissue Eng. Part C Methods 22 (11) (2016) 999–1008
. 
[79]
K. Pycia, D. Gałkowska, L. Juszczak, T. Fortuna, T. Witczak, Physicochemical, 
thermal and rheological properties of starches isolated from malting barley 
varieties, J. Food Sci. Technol. 52 (8) (2015) 4797–4807
. 
[80]
C.A. García-Gonz´alez, M. Alnaief, I. Smirnova, Polysaccharide-based 
aerogels—promising biodegradable carriers for drug delivery systems, 
Carbohydr. Polym. 86 (4) (2011) 1425–1438
. 
[81]
L. Liu, T. Ye, The spindle of remaining lifetime predicted in the failure machine 
tool, Ferroelectr. 523 (1) (2018) 167–176
. 
[82]
A. Roy, J. Bajpai, A.K. Bajpai, Dynamics of controlled release of chlorpyrifos from 
swelling and eroding biopolymeric microspheres of calcium alginate and starch, 
Carbohydr. Polym. 76 (2) (2009) 222–231
. 
[83]
M.R. Guilherme, F.A. Aouada, A.R. Fajardo, A.F. Martins, A.T. Paulino, M.F. Davi, 
E.C. Muniz, Superabsorbent hydrogels based on polysaccharides for application in 
agriculture as soil conditioner and nutrient carrier: a review, Eur. Polym. J. 72 
(2015) 365–385
. 
[84]
B.S. Kaith, R. Jindal, M. Kumari, M. Kaur, Biodegradable-stimuli sensitive 
xanthan gum-based hydrogel: evaluation of antibacterial activity and controlled 
agro-chemical release, React. Funct. Polym. 120 (2017) 1–13
. 
[85]
M. Hajikhani, M.M. Khanghahi, M. Shahrousvand, J. Mohammadi-Rovshandeh, 
A. Babaei, S.M.H. Khademi, Intelligent superabsorbents based on a xanthan gum/ 
poly (acrylic acid) semi-interpenetrating polymer network for application in drug 
delivery systems, Int. J. Biol. Macromol. 139 (2019) 509–520
. 
[86]
D.H. Hanna, G.R. Saad, Encapsulation of ciprofloxacin within modified xanthan 
gum-chitosan based hydrogel for drug delivery, Bioorg. Chem. 84 (2019) 
115–124
. 
[87]
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
. 
[88]
M.H.A. Elella, E.S. Goda, M.A. Gab-Allah, S.E. Hong, B. Pandit, S. Lee, K.R. Yoon, 
Xanthan gum-derived materials for applications in environment and eco-friendly 
materials: a review, J. Environ. Chem. Eng. 9 (1) (2021), 104702
. 
[89]
S. Khunmanee, Y. Jeong, H. Park, Crosslinking method of hyaluronic-based 
hydrogel for biomedical applications, J. Tissue Eng. 8 (2017), 
2041731417726464
. 
[90]
X. Xu, Y. Weng, L. Xu, H. Chen, Sustained release of Avastin® from 
polysaccharides cross-linked hydrogels for ocular drug delivery, Int. J. Biol. 
Macromol. 60 (2013) 272–276
. 
[91]
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
. 
[92]
J. Zhu, F. Li, X. Wang, J. Yu, D. Wu, Hyaluronic acid and polyethylene glycol 
hybrid hydrogel encapsulating nanogel with hemostasis and sustainable 
antibacterial property for wound healing, ACS Appl. Mater. Interfaces 10 (16) 
(2018) 13304–13316
. 
[93]
P. Chuysinuan, T. Thanyacharoen, K. Thongchai, S. Techasakul, S. Ummartyotin, 
Preparation of chitosan/hydrolyzed collagen/hyaluronic acid based hydrogel 
composite with caffeic acid addition, Int. J. Biol. Macromol. 162 (2020) 
1937–1943
. 
[94]
S. Trombino, C. Servidio, F. Curcio, R. Cassano, Strategies for hyaluronic acid- 
based hydrogel design in drug delivery, Pharmaceutics 11 (8) (2019) 407
. 
[95]
S.S. Kwon, B.J. Kong, S.N. Park, Physicochemical properties of pH-sensitive 
hydrogels based on hydroxyethyl cellulose–hyaluronic acid and for applications 
as transdermal delivery systems for skin lesions, Eur. J. Pharm. Biopharm. 92 
(2015) 146–154
. 
[96]
W. Wei, X. Hu, X. Qi, H. Yu, Y. Liu, J. Li, W. Dong, A novel thermo-responsive 
hydrogel based on salecan and poly (N-isopropylacrylamide): synthesis and 
characterization, Colloids Surf. B: Biointerfaces 125 (2015) 1–11
. 
[97]
X. Qi, X. Hu, W. Wei, H. Yu, J. Li, J. Zhang, W. Dong, Investigation of Salecan/ 
poly (vinyl alcohol) hydrogels prepared by freeze/thaw method, Carbohydr. 
Polym. 118 (2015) 60–69
. 
[98]
X. Qi, Y. Yuan, J. Zhang, J.W. Bulte, W. Dong, Oral administration of salecan- 
based hydrogels for controlled insulin delivery, J. Agric. Food Chem. 66 (40) 
(2018) 10479–10489
. 
[99]
X. Hu, Y. Wang, L. Zhang, M. Xu, Formation of self-assembled polyelectrolyte 
complex hydrogel derived from salecan and chitosan for sustained release of 
Vitamin C, Carbohydr. Polym. 234 (2020), 115920
. 
[100]
H. Zhang, F. Zhang, R. Yuan, Applications of natural polymer-based hydrogels in 
the food industry, in: Hydrogels Based on Natural Polymer, Elsevier, 2020, 
pp. 357–410
. 
[101]
M.S. Kuo, A.J. Mort, A. Dell, Identification and location of l-glycerate, an unusual 
acyl substituent in gellan gum, Carbohydr. Res. 156 (1986), 173187
. 
[102]
P.A. Williams, G.O. Phillips, Introduction to food hydrocolloids, in: Handbook of 
Hydrocolloids, Woodhead Publishing, 2021, pp. 3–26
. 
[103]
E.R. Morris, K. Nishinari, M. Rinaudo, Gelation of gellan—a review, Food 
Hydrocoll. 28 (2) (2012), 373411
. 
[104]
R.C. Valli, F.J. Miskiel, S.S. Cho, M.L. Dreher, Gellan gum, Food Stab. Thick. 
Gelling Agents 20 (2001)
. 
[105]
K. Nishinari, P.A. Williams, G.O. Phillips, Review of the physico-chemical 
characteristics and properties of konjac mannan, Food Hydrocoll. 6 (2) (1992), 
199222
. 
[106]
N. Sugiyama, H. Shimahara, T. Andoh, M. Takemoto, T. Kamata, Molecular 
weights of konjac mannans of various sources, Agric. Biol. Chem. 36 (8) (1972) 
13811387
. 
[107]
H. Zhang, M. Yoshimura, K. Nishinari, M.A.K. Williams, T.J. Foster, I.T. Norton, 
Gelation behaviour of konjac glucomannan with different molecular weights, 
Biopolymers 59 (1) (2001) 3850
. 
[108] V.J. Ryan, C.R. Yuan, G.A. Crosby, Methods for lowering viscosity of 
glucomannan compositions, uses and compositions, US Patent 6,733,769 B1, 
2004. 
[109]
M. McIntosh, B.A. Stone, V.A. Stanisich, Curdlan and other bacterial (1–3)-β-D- 
glucans, Appl. Microbiol. Biotechnol. 68 (2) (2005), 163173
. 
[110]
Z. Cai, H. Zhang, Recent progress on curdlan provided by functionalization 
strategies, Food Hydrocoll. 68 (2017), 128135
. 
[111]
R.H. Marchessault, Y. Deslandes, K. Ogawa, P.R. Sundararajan, X-ray diffraction 
data for β-(1–3)-D-glucan, Can. J. Chem. 55 (2) (1977), 300303
. 
[112]
K. Nishinari, H. Zhang, Recent advances in the understanding of heat set gelling 
polysaccharides, Trends Food Sci. Technol. 15 (6) (2004), 305312
. 
[113]
H.B. Zhang, K. Nishinari, M.A.K. Williams, T.J. Foster, I.T. Norton, A molecular 
description of the gelation mechanism of curdlan, Int. J. Biol. Macromol. 30 (1) 
(2002) 716
. 
[114]
F. Bisotti, F. Pizzetti, G. Storti, F. Rossi, Mathematical Modeling of Crosslinked 
Polyacrylic Based Hydrogels: Physical Properties and Drug Delivery, 2021
. 
[115]
W.E. Hennink, C. Nostrum, Department of Pharmaceutics, Utrecht University, 
Adv. Drug Deliv. Rev. 54 (2002) 13–36
. 
[116]
H. Park, K. Park, W.S. Shalaby, Biodegradable Hydrogels for Drug Delivery, CRC 
Press, 1993
. 
[117]
H. Tsuji, Poly (lactide) stereocomplexes: formation, structure, properties, 
degradation, and applications, Macromol. Biosci. 7 (2005) 569–597
. 
[118]
D.W. Lim, D.L. Nettles, L.A. Setton, A. Chilkoti, Rapid cross-linking of elastin-like 
polypeptides with (hydroxymethyl) phosphines in aqueous solution, 
Biomacromolecules 8 (5) (2007) 1463–1470
.