Valorization of the biodiversity, ethnobotanical, physico-chemical and toxicological studies of dye plant species from Madagascar : application in the field of natural dyestuffs

La tendance actuelle des consommateurs des produits de consommation plus sains et plus respectueux de l’environnement pousse les industriels à trouver des solutions alternatives naturelles. L’industrie des colorants de synthèse qui est parmi l’une des plus polluantes de la planète est directement concernée. La biodiversité de Madagascar, liée à une tradition d’utilisation des plantes pour teindre des fibres naturelles, représente une source renouvelable de pigments végétaux, jusqu’alors inexploitée. Les substances extraites de ces plantes pourraient donner lieu à des colorants naturels exploitables dans les industries sous réserve de lever les principaux verrous scientifiques liés au manque de connaissances sur ces plantes. Trois approches complémentaires ont été réalisées lors de ce travail. Une première approche ethnobotanique a consisté à cribler la biodiversité en plantes tinctoriales à Madagascar. Ainsi 128 espèces, dont 34 endémiques, ont été recensées et décrites. Une deuxième approche phyto-chimique a permis de mettre au point l’extraction des colorants par un procédé éco-responsable avec des solvants écologiques et de caractériser les propriétés physico-chimique et technologique des extraits obtenus. Les résultats en termes de pouvoir colorant, de stabilité (effet pH et température) et de propriétés antioxydantes et antimicrobiennes des pigments (anthocyanes, proanthocyanidines) extraits de quelques espèces de plantes sélectionnées, dont Acridocarpus excelsus et Woodfordia fruticosa, soulignent leurs potentialités comme colorants naturels bioactifs. L'analyse chromatographique HPLC-DAD-CAD-MS des pigments extraits de Paracarphalea kirondron a révélé pour la première fois des métabolites secondaires responsables des propriétés tinctoriales et biologiques. Enfin, la troisième approche toxicologique, réalisée à partir du modèle zebrafish et du modèle animal albinos mice, a permis de caractériser les profils d’activité biologique et de toxicité de ces extraits végétaux. Ces premiers résultats ouvrent des perspectives directement applicables de valorisation industrielle de ces ressources biologiques et des savoir-faire malgaches qui peuvent représenter les solutions alternatives naturelles recherchées. Cependant des mesures d’accompagnement devront être mises en place pour assurer une exploitation durable de cette biodiversité.Consumers trends are now moving towards healthier and more environmentally friendly products. It is pushing manufacturers to find natural alternatives to substitute the artificial products. The synthetic dyes industry, one of the most polluting industries in the world, is directly affected. Madagascar’s biodiversity, linked to a tradition of using plant species to dye natural fibers, represents an adequate source of renewable source of pigments, remains weakly exploited. Substances extracted from these plants could result in natural dyes that can be used in industries subject to overcome the main scientific challenges related to the lack of knowledge about these plants. Three complementary approaches were carried out during this study. A first ethnobotanical approach consisted in the screening of the dye plant biodiversity of Madagascar. 128 plant species, including 34 endemic species, have been identified and described. A second phytochemical approach has allowed the extraction of pigments by an eco-responsible process with green non-harmful solvent. The results in terms of coloring properties, stability (pH, temperature), antioxidant and antimicrobial properties of pigments (anthocyanins, proanthocyanidins, etc) extracted from a few species, including Acridocarpus excelsus and Woodfordia fruticosa highlight their potential as natural bioactive colorants. HPLC-DAD-CAD-MS chromatography analysis of the roots extracts of Paracarphalea kirondron display for the first time the secondary metabolites responsible of the dyeing and biological properties in this plant species. Finally, a third toxicological approach conducted on zebrafish and albino mice model permitted to characterize the activity / toxicity profiles of these plant extracts. These early results lead to great opportunities across the industrials valorization of these natural ressources and traditionnal malagasy knowledge. However, appropriate measures should be taken to ensure the sustainable exploitation of this biodiversity