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Cuisine : la chimie livre ses meilleures recettes

Quel rapport entre la baguette croustillante bien française et le canard laqué des Chinois ? Pourquoi les blancs d’œufs durcissent-ils quand on les fouette ? Voici quelques-unes des questions posées par la gastronomie moléculaire, une science qui s’attache à comprendre les mécanismes physico-chimiques à l’œuvre dans les recettes de cuisine.

Gastronomie moléculaireMacération, doubles cuissons, caramélisation... : la gastronomie moléculaire est l’étude des réactions physico-chimiques qui sont à l’œuvre dans les recettes de cuisine. Seulement 10% de ces réactions seraient aujourd’hui connues.
© John Foxx/Stockbyte silver

La gastronomie moléculaire a été introduite en 1988 par un physicien anglais réputé, Nicholas Kurti, et par le chimiste français Hervé This. L’objectif est non seulement de trouver des explications scientifiques au savoir-faire culinaire accumulé depuis des siècles mais aussi de profiter de ces connaissances pour inventer de nouveaux plats. Cette science des aliments s’inscrit bien dans l’esprit de Brillat-Savarin*, un juriste gastronome qui dès 1825 dans son livre "La Physiologie du Goût, ou méditation de gastronomie transcendante" célébrait "la connaissance raisonnée de tout ce qui a rapport à l’homme en tant qu’il se nourrit."

C’est chose faite pour le pain doré ou le canard laqué ! Dès le début du XXe siècle, le chimiste français Louis Camille Maillard découvrait que les arômes que nous apprécions dans les grillades, la croûte du pain, le café torréfié ou le canard laqué, ne proviennent pas d’effets de caramélisation comme on le croyait. Ils sont liés à un ensemble complexe de réactions chimiques, appelées justement aujourd’hui réactions de Maillard, qui se produisent entre les protéines et certains sucres simples dès que l’on commence à chauffer. Ces réactions engendrent un grand nombre de molécules très aromatisées, qui ajoutent toutes sortes de parfums nouveaux aux plats en train de cuire. Mais qui n’ont rien à voir avec la production de caramel.

Aujourd’hui, des travaux pratiques de gastronomie moléculaire sont organisés dans les écoles, des séminaires confrontent idées et expériences, et cette discipline inspire des chefs prestigieux, comme par exemple Pierre Gagnaire, ou le Catalan Ferran Adria. Brillat-Savarin en serait heureux, lui qui avait aussi annoncé : "Ceux qui viendront après nous en sauront davantage et il n’est déjà plus permis de douter que la chimie ne leur révèle les causes ou les éléments primitifs des saveurs."
Mais à connaître la réaction de Maillard ou à percer le secret de la montée des blancs en neige, en est-on meilleur cuisinier pour autant ? "Oui ! " affirme Bruno Goussault, l’un des pionniers de la cuisson sous vide (voir vidéo). "Lorsqu’un cuisinier met un rôti au four et qu’il le veut par exemple saignant, il va généralement le sortir dix minutes avant de le servir pour qu’il termine de cuire à cœur, mais il n’est en fait jamais certain du résultat : selon la taille du rôti, le type de four, et même l’âge et les conditions d’élevage du bœuf, il pourra réussir ou rater sa cuisson. Par expérience, on finit par savoir qu’on ne cuit pas de la même façon un rôti jeune ou vieux, une viande américaine ou européenne. Une bonne connaissance des processus physico-chimiques permet de ne jamais manquer son coup ! "

*Le brillat-savarin est aujourd’hui un onctueux fromage, baptisé en hommage au gastronome par le célèbre fromager Henry Andruet.

01.Les multiples ingrédients du goût

Comment apprécie-t-on un aliment ? Par son goût, mais aussi (et surtout) par l’odorat, la vue, et même l'ouïe (craquant ou croustillant) ainsi que le toucher (dur ou tendre). Sans compter notre état mental du moment, l'humeur des convives et la mémoire des expériences passées ! Ajoutez à cela des facteurs culturels importants : la viande faisandée évoque pour certains une odeur de putréfaction, tandis que d'autres s'en régalent, les Américains jugent la cannelle "sucrée", les Français l'estiment "épicée", et les Asiatiques... "non comestible". Bref, il est bien difficile de parler scientifiquement du goût.

Les scientifiques ont pourtant démontré que 80 % du goût que l’on perçoit d’un aliment vient… de son odeur ! "Dans la perception des saveurs, l’olfaction est déterminante, précise Benoist Schaal, directeur de recherche au Centre Européen des Sciences du Goût du CNRS à Dijon. Il suffit d’être enrhumé pour s’en rendre compte : les plats paraissent alors bien fades."
"Nous sommes sensibles à des dizaines de milliers d’odeurs, explique Roland Salesse, directeur de recherche de l’INRA à Jouy-en-Josas. Chaque récepteur que nous avons dans le nez est relié au cerveau par le nerf olfactif et reconnaît un motif moléculaire spécifique. C’est la combinaison des signaux envoyés par les neurones de l’olfaction, près de dix millions chez l’homme, qui va nous donner la sensation unique d’une odeur, d’un parfum, d’un fumet."

La qualité de cette odeur dépendra d’un paramètre important en cuisine, la quantité : ainsi, l’acétate d’isoamyle (un ester odorant), que l’on ajoute fréquemment aux médicaments pour enfant, évoque la banane mais ne sent plus rien à forte concentration. Inversement, certains alcools ont une odeur de fleur, mais au-delà d’un certain seuil ils dégagent une forte odeur de chèvre !

Schéma des papilles gustativesLa langue est presque entièrement recouverte de protubérances appelées papilles gustatives. Ces papilles sont réparties suivant des zones auxquelles correspondent les quatre saveurs principales: le sucré, le salé, l'acide et l'amer. Cependant, cette répartition est aujourd'hui remise en cause, chaque langue étant un cas particulier.
© B.Turquier/Conseil général de l’Essonne

Comme pour l’odorat, le goût a ses récepteurs : les papilles gustatives. Chaque groupe de papilles, selon la place qu’elles occupent sur la langue, reconnaissent certaines des quatre saveurs primaires : le sucré, le salé, l'acide et l'amer, définies au XIXe siècle par le physiologiste allemand Adolf Fick (cf Schéma.) En 1908, le Japonais Kikunae Ikeda identifia une cinquième saveur, l’umami, (de umai, "délicieux" en japonais). Vous connaissez bien l’umami sans le savoir, c’est le goût du glutamate de sodium, une substance ajoutée aux aliments par de nombreux restaurateurs et industriels de l'alimentation pour rehausser les saveurs, et qui contribue à la sensation de satiété. On en trouve par exemple dans la sauce de soja, le parmesan, les sardines.Enfin, nos sens thermiques et tactiles (on parle de sensibilité "somesthésique"), entrent en jeu. Le nerf trijumeau, qui innerve la peau du visage, la langue et les dents, permet d’apprécier le piquant de la moutarde et du radis, et la sensation si particulière du pétillant.

Tous ces sens se confondent pour nous donner le goût d’un aliment. "Un peu de menthe dans un plat libère le menthol, un composé volatil capable de stimuler notre odorat, mais aussi un récepteur thermique au froid présent sur nos muqueuses, commente Roland Salesse. Les piments cibleront directement un autre récepteur de cette famille pour nous donner une sensation proche de la brûlure." L’ingrédient le plus anodin a des effets : "Ajoutez des bulles à de l’eau, c’est-à-dire du gaz carbonique pour lequel nous avons aussi des récepteurs, poursuit le chercheur, et le goût salé de certaines eaux minérales ou le goût trop sucré des limonades va diminuer au profit d’une agréable sensation de fraîcheur."


La saveur d’un aliment varie même au cours de sa mastication et de sa déglutition ! Une complexité qui explique que l’homme reste irremplaçable quand les chercheurs veulent tester l’effet de nouvelles molécules.

02.La gastronomie moléculaire en séminaire !

"Faut-il laisser reposer la pâte à tarte pour les sablés ? " La question était à l’ordre du jour du séminaire de gastronomie moléculaire organisé chaque mois à l’École Supérieure de Cuisine Française par Hervé This, chercheur à l’INRA et au Collège de France. L’assistance comptait ce jour-là des chefs pâtissiers, des cuisiniers, mais aussi un ingénieur agronome, des chimistes, un allergologue, un architecte, des éditeurs, un fonctionnaire du service de la Concurrence et de la Répression des Fraudes, des mères de famille et bien sûr des chercheurs en gastronomie moléculaire. Le débat promettait d’être savoureux !À l’énoncé de la recette utilisée pour la pâte à tarte, étonnement de l’assemblée : farine, beurre, eau et sel mais pas d'œuf ! Hervé This réplique que la présence d'œufs est très variable dans les centaines de livres qu’il a consultés et que, de toute manière, la pâte dite sablée n’existait pas avant 1950 : on disait alors pâte à tarte ou pâte à foncer. Les pâtissiers, sceptiques, remarquent qu’il y a au moins des œufs. "Non, pas toujours", répond Hervé This, qui propose, pour entamer la séance, d’étudier s’il est nécessaire de laisser reposer une pâte dans laquelle la farine a d’abord été malaxée avec le beurre pour obtenir cet aspect sablé. Sans sucre, il s’agit donc d’une pâte brisée s’entêtent des pâtissiers…
Séminaire de gastronomie moléculaire: Les séminaires de gastronomie moléculaire réunissent des cuisiniers, des scientifiques (notamment des chercheurs de l'I.N.R.A.), des enseignants (cuisine) et des ingénieurs afin d'explorer les procédés culinaires, les tours de main, les dictons et les proverbes.
© Hervé this

Devant nous, pas d’estrade pour un cours magistral, mais une cuisine moderne. Au plafond, un grand miroir pivotant permet de suivre la fabrication de la pâte, effectuée par deux volontaires. Les questions fusent. "Quelle farine est utilisée ? " lance un professionnel. "De la 55 ou de la 45 ? " Autrement dit de la boulangère ou de la pâtissière ? "Les deux farines contiennent des proportions différentes de gluten", intervient le voisin de l’inspecteur du service de la Concurrence, car la seconde est produite avec le cœur de l’amande de blé, tandis que la première est surtout produite à partir de l’enveloppe de cette céréale. "Et le gluten, disons les protéines de la farine, joue un rôle déterminant dans l’élasticité de la pâte", indique un pâtissier : ce sera utile pour faire des brioches par exemple. Hervé This corrige : le type d’une farine dépend plutôt du taux de cendres, ce qui reste quand on calcine la farine, et il y a plus de cendres pour une farine faite à partir de l’enveloppe qu’à partir de l’amande. Rien à voir avec la proportion de gluten.

On passe à l’expérience. En fait, la même farine a été utilisée pour la pâte témoin que l’on a fait reposer deux jours, et pour la pâte que l’on réalise devant les participants. La discussion précise la question : le repos permettrait-il à la pâte de retrouver sa taille initiale après malaxage et, donc, d’éviter sa rétraction ultérieure ? Les deux préparations passent au rouleau sous l’œil vigilant de l’assemblée, puis un cercle métallique découpe à l’emporte-pièce deux surfaces égales des deux pâtes, qui sont mises à cuire. Une participante précise que, pour les sablés bretons, dont la pâte est plus riche, il n’y a pas de repos.

Sortis du four, les deux plats sont comparés : à la surprise des professionnels, c’est la pâte qui a reposé qui s’est rétractée. Le malaxage des deux pâtes a-t-il été le même ? Le repos de deux jours n’était-il pas excessif ? Leçon est tirée pour que des volontaires testent de façon plus rigoureuse la question et en témoignent au prochain séminaire.

Pour la pâte à crêpes en revanche, l’assemblée est d’accord car des tests ont été faits aux séminaires précédents : il faut qu’elle puisse reposer. En Chine, précise dans l’assistance une chimiste, patronne d’une crêperie, les crêpes sont différentes et la pâte n’est pas laissée à reposer : est-ce en raison d’une faible teneur en gluten ? Quelques participants annoncent ensuite les résultats de leurs expériences : un étudiant chercheur a vérifié qu’il est inutile de chauffer la pâte à génoise quand on la bat, un autre a inventé le moyen de faire des chips de riz parfumées au jus de langoustine.

Les deux heures de débat s’achèvent, et Hervé This lance le prochain thème : la querelle qui se développe sur l’échalote en Europe. Il existe deux sortes d’échalotes, la grise et celle de Jersey. Toutes deux se plantent en bulbe. Mais des Hollandais ont réussi à faire un hybride avec l’oignon, qui peut être semé et se trouve donc plus facile à cultiver. Ils revendiquent du coup une nouvelle forme d’échalote, ce que contestent les Bretons, gros producteurs sur le continent. Question cruciale : ces deux plantes ont-elles le même goût à la cuisson ? La réponse sera abordée au séminaire de juin, et de la manière la plus scientifique possible, car la décision des participants au test sera prise en compte par la Cour européenne !

03.Cuisiner, c'est transformer

"Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme" : le principe repris par Antoine Laurent de Lavoisier, chimiste français du XVIIIe siècle, concerne aussi la chimie des aliments. Chaque jour, en battant, pétrissant, chauffant vos aliments, vous faites sans le savoir de la gastronomie moléculaire. Car vous modifiez l’agencement de leurs principaux constituants, les protéines, les glucides et les lipides.

Prenons un seul et simple exemple : l’œuf. Qu’est ce qu’un œuf ? De l’eau essentiellemenLes oeufsImpossible de centrer un jaune d’œuf au milieu d’un œuf dur : le jaune remonte systématiquement vers le haut car sa densité est plus forte que le blanc.
© SXC
t (90 % dans le blanc, 50 % dans le jaune), des protéines (12 % dans le blanc, 16 % dans le jaune), et des lipides qu’on ne trouve que dans le jaune (32 %). Preuve que le blanc ne contient presque que de l’eau ? Si vous cassez un œuf dans un bocal par exemple, le jaune remonte systématiquement vers le haut car sa densité est plus forte. À ce sujet, les cuisiniers n’ont jamais résolu le casse-tête de centrer le jaune au milieu d’un œuf dur pour obtenir un œuf géométriquement parfait ! Même à la cuisson, le jaune a toujours cette fichue tendance à remonter vers le haut de la coquille…

Le seul fait de battre les blancs d’œufs les transforme radicalement, simplement parce que le fouet y introduit des bulles d’air. Les protéines du blanc sont de minuscules pelotes repliées sur elles-mêmes. Plus vous fouettez, plus vous divisez les bulles d’air qui deviennent de plus en plus petites, et plus vous déroulez les pelotes de protéines, qui viennent entourer ces bulles d’air. Lorsque les bulles sont suffisamment tassées pour ne plus bouger, vous avez une mousse ferme ! Et peu importe, contrairement à ce que disent les grands-mères, de tourner toujours dans le même sens. Ce qui compte, c’est le nombre de fils du fouet : s’il en a beaucoup, il introduira simultanément beaucoup de bulles dans le blanc d’œuf.
Mais au fait, pourquoi est-ce que l’on n’obtient pas de mousse en procédant de même avec de l’eau pure ? Tout simplement parce que dans l’eau, il n’y a pas de protéines pour enserrer les bulles. Résultat, aussitôt après s’être formées, elles disparaissent.

Après le blanc, les jaunes. Il suffit de les battre avec un peu d’huile pour obtenir une mayonnaise bien compacte. Par quel miracle, alors que le jaune d’œuf est constitué à 50 % d’eau et que l’huile et l’eau ne se mélangent pas ? Dans le jaune se trouve un lipide, la "lécithine", dont la tête est hydrophile (qui aime l’eau) et dont la queue est hydrophobe. Fouettez le mélange d'huile et de jaune d'œuf, ces molécules de lécithine vont enrobe les goutelettes d'huile et s'y fixer par leur partie hydrophobe, les isolant de l’eau. Il se forme alors des "micelles", grâce à la propriété tensioactive de la lécithine, capable d’abaisser la tension entre ces deux liquides incompatibles que sont l’huile et l’eau. Ces micelles en suspension vont assurer la stabilité de la mayonnaise. Elles ne sont pas dures, et peuvent se fragmenter sous l’effet d’un mixage. Ce qui explique la supériorité du fouet électrique pour la réussite de la mayonnaise : plus le mixage est rapide, plus les micelles se réorganisent en micelles de taille plus petites, ce qui augmente la dureté de l’émulsion. Par ailleurs, pour réussir parfaitement cette mayonnaise, il faut que les ingrédients soient à température ambiante. En effet, au froid, l’huile à tendance à se figer.

Forts de ces connaissances, les chercheurs gastronomes ont pu ensuite mettre au point une mayonnaise aux blancs d’œufs et même une mayonnaise sans œufs !

Restait à perfectionner un des actes culinaires des plus banals : se faire cuire un œuf, mais scientifiquement, s’il vous plaît ! Comme l’explique Hervé This, les protéines sont des molécules. "Si on les chauffe, elles s'ouvrent, et deux protéines qui s'ouvrent ensemble peuvent se coller entre elles, emprisonner l'eau et donner un blanc d'œuf cuit. Des mesures ont permis de vérifier que si le blanc d’œuf commence à coaguler à 62 °C, le jaune, lui, ne se fige qu’à partir de 68 °C. D’où l’idée du chef Pierre Gagnaire de placer un œuf dans un four à 65 °C durant une bonne heure. Résultat, un "œuf parfait", avec un jaune bien cru et orangé au milieu d’un blanc pas trop caoutchouteux. Rien à voir avec les vulgaires œufs durs que nous ne laissons bouillir à plus de 100 °C pendant un quart d’heure avant de partir en pique-nique ! "

04.Vous aussi faites de la gastronomie moléculaire !

Remplacer de l’ail par de la courgette pour faire un "courgettoli", ou un petit cube de bœuf pilé dans un peu d’eau, pour un "bœufoli", mettre au point des "crottins de Chavignol Chantilly" : voilà à quoi peut mener la gastronomie moléculaire dont les adeptes ne cessent d’inventer de nouveaux plats. C’est en connaissant bien les propriétés de l’émulsion qu’a ainsi été mise au point la recette du "Chocolat Chantilly", "qui n'est pas une mousse au chocolat, mais une mousse de chocolat", précise Hervé This. Idem pour la béarnaise de camembert : "Le truc, c'est de remplacer le beurre de la béarnaise par le camembert. Pourquoi est-ce possible ? Encore une fois parce que la béarnaise est une émulsion ! " Dernier exemple : à la base de "la soupe à l’oignon en flan", on trouve une question très scientifique : quel volume maximal d'eau peut-on ajouter à un œuf de façon à obtenir un flan ? Le calcul indique un ordre de grandeur d’environ un litre. Comment cuire alors ce "flan de l'extrême" ? La réponse met en œuvre des résultats de physique sur la diffusion des molécules. Conclusion : il faut cuire à haute température ce plat, qui présente l'intérêt supplémentaire de contenir peu d'œuf, ce qui évite une liaison des arômes aux protéines de l'œuf. À la grande tendreté du flan s'ajoute une meilleure perception des arômes... (recette sur http://www.fatrazie.com/Recettescience.htm)

Chocolat chantillyPour confectionner le chocolat chantilly, recette inventée par Hervé This, on apprend qu’il n'est pas nécessaire d'avoir des œufs pour faire de la mousse au chocolat. Il suffit d'avoir de l'eau, de l'air et du gras, de faire fondre du chocolat avec de l'eau dans une casserole (comptez 220 g de chocolat pour 20 cl d'eau), puis de mettre cette casserole dans des glaçons et de fouetter.
© Hervé This

Le nombre d’adeptes de la gastronomie moléculaire ne cesse de croître. Avec un groupe INRA (Institut National de la Recherche Agronomique) de gastronomie moléculaire, réparti entre le Laboratoire de chimie des interactions moléculaires du Collège de France et le Laboratoire de chimie de l'Institut National Agronomique Paris - Grignon, Hervé This a également créé des cours de gastronomie moléculaire publics et gratuits. L’enseignement de cette science se développe dans différentes universités et des ateliers expérimentaux du goût sont organisés dans les lycées hôteliers. Au Futuroscope de Poitiers, la gastronomie moléculaire est au menu du restaurant "Le Cristal" et un kit de cuisine moléculaire est en vente pour préparer chez soi des plats très originaux.Si vous voulez en savoir plus ou cuisiner par vous-même, vous pouvez assister au séminaire organisé une fois par mois (le troisième jeudi de chaque mois, de 16 h à 18 h) à l’École Supérieure de Cuisine Française (ESCF), à Paris. Entrée libre dans la limite de la centaine de places disponibles.

Par ailleurs, de nombreux sites Internet détaillent les nouvelles recettes de gastronomie moléculaire, tel celui de l’association Sciences et gastronomie. Le chef cuisinier Pierre Gagnaire offre chaque mois la recette d’un plat entièrement nouveau dans la rubrique "Science et cuisine" de son site Internet, tandis que Bertrand Simon présente dans sa section "Cuisine scientifique" des recettes originales à base d’additifs naturels. Sans oublier Odile Renaudin et site Sciences et gastronomie. Pour mieux cuisiner, il ne vous reste qu’à manier la souris !

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