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

1.1.8. Gellan gum-based hydrogel 
Sphingomonas elodea produces gellan gum, an anionic extracellular 
polysaccharide. Gellan gum is divided into two types: HA gellan gum 
and LA gellan gum. In a linear tetrasaccharide repeat unit, gellan gum is 
made up of two glucose, one rhamnose, and one glucuronate, unit 
[100]
. 
On the three-linked glucose (
L
-glyceryl) chain, the original polymer, HA 
gellan gum, has two acyl substituents at O (2) and acetyl at O (3), (6). 
Only half of the repeating units are acetylated, and each repeat unit has 
an average of one glyceryl group 
[101]
. Alkaline hydrolysis removes 
acyl groups from the natural polymer, resulting in a straight chain 
structure in LA gellan gum. 
Gellan gum is the most advanced addition to the commercially 
accessible range of food gelling agents, each with its unique set of 
qualities and uses. When gellan gum cools, it transforms from a coil- 
helix structure to a helix structure. To explain the gellan gum process, 
several hypotheses have been offered. The driving forces, they agree, are 
cation cross-linking and hydrogen bonding inside the organized struc-
ture of aggregated helical segments, with disordered flexible polymer 
chains at junction zones connecting the orderly junctions 
[102]
. An 
acetyl group on the double helix's surface can prevent it from aggre-
gating, leading to heat reversibility but a poor gel texture for HA gellan 
gum. The glycerol group, that aids in the formation of hydrogen bonds 
inside and between the participating strands, can improve the double 
helix's heat stability, but also interferes with cation-mediated aggrega-
tion, lowering gel strength 
[103]
. Due to its unique and adaptable at-
tributes, gellan gum is employed commercially in a variety of food 
applications. Water-based gels, dairy food products, drinks, confections, 
fruit products, and bread applications, are among the most popular 
[104]
. Gellan gum is most commonly consumed in the manufacture of 
water-based gels, such as desserts and beverages. 
1.1.9. Konjac glucomannan based hydrogel 
The main component of konjac tubers (A. rivieri), a perennial Araceae 
plant, is KGM. It's a heteropolysaccharide with a 1:1.6 Glc/Man ratio 
and the main chain is made up of 1,4-linked 
D
-glucose (Glc) and 
D
- 
mannose (Man). At the C-6 position, the acetyl groups that contribute to 
the KGM backbone's solubility are present every 9–19 sugar units 
[105]
. 
The molecular weight of KGM can range from 200 to 2000 kDa, 
depending on the cultivar, origin, processing technique, and storage 
period 
[106]
. KGM can create both thermally reversible and irreversible 
gels at various temperatures. KGM produces a gel when heated in 
presence of alkali, and the role of alkali is thought to be to remove the 
acetyl groups. The peak at 1730/cm in the FTIR absorbance spectra of 
KGM films, which is attributable to the acetyl group 
[107]
, and disap-
pears after alkali treatment, supports this gelation mechanism. By 
forming a synergetic relationship with other hydrocolloids, like carra-
geenan or xanthan gum, konjac can also generate a thermally reversible 
A. Manzoor et al.

---

International Journal of Biological Macromolecules 213 (2022) 987–1006
993
gel. 
KGM has been shown in clinical research to improve health by 
reducing blood cholesterol and increasing bowel movement, glucose 
metabolism, and colonic ecology 
[105]
. Additionally, combining KGM 
with starch has been shown to reduce blood glucose and cholesterol in 
mammals, as well as regulate viscosity in food systems 
[108]
. KGM can 
also be utilized in low-fat and fat-free meat products to give fat 
replacement qualities. 
1.1.10. Curdlan based hydrogel 
Curdlan is a natural polymer formed by microbe fermentation. Its 
name comes from the word “curdle,” which refers to its gelling tendency 
at higher temperatures. Curdlan has been approved as a food additive by 
US Food and Drug Administration (USFDA) and is a dietary fiber in 
Korea, Taiwan, and Japan 
[109]
. Curdlan also has a lot of bioactivities 
[110]
. Curdlan is a high-molecular-weight polysaccharide made up of 
repeated glucose subunits linked by a -linkage between the glucose ring's 
first and third carbons. Curdlan, which is commercially accessible, has a 
molecular weight of almost 2,000,000 Da 
[102]
. Curdlan has a triple- 
helical shape in the solid-state, as determined by 
13
C NMR research. 
Curdlan is weakly crystalline in its natural state 
[111] 
and forms gran-
ules with a donut like structure resemble to starch. 
Curdlan produces a heat-set gel at relatively high as well as at low 
temperatures, as well as during the neutralization or dialysis of curdlan's 
alkaline solution. The curdlan powder is insoluble in cold water due to 
substantial intra/intermolecular hydrogen bonding but easily solubi-
lizes in alkaline solution and dimethylsulfoxide. Curdlan powder hy-
drates well in hot water (mostly around 55 
◦
C), and its aqueous solution 
creates durable hydrogels when heated to a higher temperature 
(80 
◦
C–100 
◦
C). The prepared gel, which possesses the suppleness of 
gelatine and the hardness of agar, does not melt when heated or cooled 
[112,113]
. 
1.1.11. Plant-based hydrogels 
Plant polysaccharides are derived from plant cell metabolites, which 
can be classified into two types based on their roles in plants. Some, like 
cellulose, act as plant support tissues, while others, like starch, increase 
nutrient availability through enzymatic hydrolysis. Plant poly-
saccharides, particularly cellulose and starch, are abundant on the 
planet. Because of their plentiful availability, biodegradability, eco- 
friendliness, biocompatibility, and appealing mechanical performance, 
plant polysaccharides have spurred substantial study on wastewater 
treatment in the context of the energy crisis. A few plant based poly-
saccharides are discussed in 
Table 6
.