Modéliser pour comprendre: le bœuf bourguignon

Il y a évidemment de très nombreuses recettes de boeuf bourguignon, mais elles commencent le plus souvent par faire revenir des oignons et des carottes avec de la matière grasse, avant de faire revenir les viandes jusqu'à ce qu'elles brunissent. Certaines recettes préconisent de singer, c'est-à-dire d'ajouter de la farine en même temps, avant de mettre du bouillon et du vin rouge. Puis on cuit très longuement à couvert.

 

Considérons d'abord les carottes et les oignons :  ils sont assez durs, et la cuisson initiale permet de  les attendrir, alors que si on les avait cuit dans un vin un peu acide, il auraient durci.
D'autre part, l'expérience qui consiste à suer des carottes et à en faire un bouillon, ce que l'on compare avec un bouillon des carottes non suées, montre clairement que le suage augmente le goût,  notamment parce que les molécules odorantes qui sont libérés par les carottes vont
sans doute se diluer dans la matière grasse.

L'amollissement des légumes, lui, résulte du fait que le ciment entre les cellules qui constituent le tissu végétal est dégradé à la chaleur : les molécules de pectine qui tiennent ensemble les molécules de cellulose, sortes de piliers de la paroi cellulaire, sont comme des cordages qui perdent des bouts quand ils sont cuit  : de la sorte, les piliers de cellulose peuvent se séparer et les cellules aussi.

Pour le brunissement de la viande maintenant, il est devenu très convenu de parler de "réactions de Maillard",  alors qu'en réalité il y a des réactions très différentes. Par exemple il y a des oxydations, par exemple il y a des pyrolyses, par exemple il y a des caramélisations, par exemple il y a des hydrolyses, et par exemple il y a des dégradations de straiteur, des réactions amino-carbonyle, et cetera. Et, à ce jour, on ignore en réalité quel le pourcentage de chacune contribue au brun que l'on observe.
 

En tout cas, on aura lieu d'être prudent et d'éviter de parler des réactions de Maillard, car (1) c'est faux et (2) j'ai établi historiquement que Maillard (Louis Camille de son prénom) n'est pas le découvreur de ces réactions de brunissement  qui doivent être nommées soit réactions amino-carbonyle quand elles ont lieu entre des sucres et des acides aminés,  ou réaction de glycation quand elles ont lieu avec des protéines.
Et on aura intérêt à garder en tête le fait que les caramélisations et les pyrolyse de protéines font des bruns soutenus, très rapidement

Simultanément, quand on chauffe la viande, on voit de la fumée et cela s'explique par le fait que la viande chauffée se contracte, ce qui expulse les jus, les liquides n'étant pas compressible. Or ces liquides chauffés s'évaporent.

C'est le même phénomène qui fait sortir des composés des viandes dans les bouillons, ou qui forme ce résidus solide que l'on a dans les plats où l'on fait cuire des rôtis  : dans tous les cas, la contraction de la viande en fait sortir des liquides qui contiennent des composés variés, notamment ceux que l'on retrouve dans un bouillon de viande.

Sur la partie externe de la viande qui est sautée, de l'eau s'évapore aussi, et cette partie asséchée forme une "croûte" : pensons à celle du pain, de même.

Ensuite, si l'on veut une viande très tendre, il faut la cuire à basse température c'est-à-dire à seulement à frémissement et pas à pleine ébullition, sans quoi la dégradation du tissu collagénique qui lie ensemble les fibres musculaires de la viande laissera des fibres séparées mais sèches, très contractées, ayant donc perdu beaucoup de leur liquide.

À ce stade, il est important de distinguer la tendreté et la jutosité : il peut exister des viandes tendres et juteuses, des viandes tendres et pas juteuses, des viandes juteuses et pas tendres, et des viandes pas tendres et pas juteuses.

Mais évidemment, ce sont des viandes tendres et juteuses que l'on souhaite, ce qui s'obtient par des cuisson très longues à basse température. Quand je dis très longue, je pense à plusieurs heures, voire plusieurs jours

La cuisson se fait donc un mélange de bouillon et de vin, lesquels sont modifiés lors de la cuisson.  D'une part, il y a de nombreux composés odorants qui sont évaporés, surtout si l'on cuit fort et sans couvercle. Mais, d'autre part, la longue cuisson conduit à la formation de composés nouveau, qui contribuent au bon goût du plat.

Il ne s'agit pas seulement d'une concentration des molécules sapides ou odorantes par la réduction de la quantité d'eau, quand cette dernière s'évapore ; il y a également des réactions qui engendrent des molécules nouvelles qui viennent s'ajouter aux molécules à action
gustative initialement présentes.

Modéliser pour comprendre : une recette de blanc-manger aux poires qui vient de l'Auberge de l'Ill

Dans ce merveilleux restaurant qu'est l'auberge de l'Ill, à Illerhaueusern, en Alsace, on servait jadis un "blanc-manger aux poires" qui était composé, de bas en haut, d'un disque de génoise, imbibé d'alcool de poires, de poires pochées et d'une garniture faite de lait sucré et gélatine, mélangé à de la crème Chantilly,  le tout servi avec un coulis de framboise.

 

La génoise

En pratique, il faut donc commencer par faire une génoise, ce qui s'obtient en battant du blanc d'œuf et du jaune d'œuf avec du sucre jusqu'à ce que la préparation blanchisse et prenne du volume.
On ajoute alors de la farine ou de la fécule (par exemple de la maïzena) et du beurre fondu.
On met dans un moule beurré et l'on cuit.

Il est important de dire combien est néfaste l'idée selon laquelle le jaune empêcherait les mousses de se faire, et la meilleure preuve en est que du jaune d'œuf battu avec du sucre prends du volume et blanchit : en effet, le battage de jaune et de sucre introduit une myriade de bulles d'air  dans le jaune, de sorte que le jaune au ruban est en réalité un jaune en neige, une mousse de jaune.

De fait, un mélange de jaune et de blanc  foisonne très bien quand on le parle un peu longuement, comme pour une omelette soufflée.

Pour les génoises, il est parfois proposé de chauffer le récipient, mais l'expérience faite lors d'un séminaire de gastronomie moléculaire a montré que cela n'était pas indispensable.
Il faut surtout bien battre, battre longuement avec un mouvement qui pousse de l'air dans le liquide, pour  obtenir finalement une
mousse volumineuse.

À cette mousse on mêle délicatement un peu de farine (ou de fécule) et de beurre fondu,  de sorte que la matière grasse vienne se disperser dans la mousse préalablement obtenue,  ainsi que les particules de farine ou de fécule.

À la cuisson, l'amidon de la farine ou de la fécule s'empèseront, absorbant de l'eau environnant, gonflant jusqu'à se toucher et se souder (selon la quantité de farine ou de fécule), tandis que les protéines du jaune et du blanc d'oeuf se dérouleront (ce sont initialement des pelotes), se lieront les unes aux autres en un filet, un réseau, qui assurera la tenue de l'ensemble : on
obtiendra donc une dispersion de particules d'amidon empesé, de gouttelettes de matière grasse, dans un gel. 

Pour les poires pochées

Pour les poires pochées, il s'agit de peler des poires, de les couper en quartiers et de les cuire dans un sirop, c'est-à-dire de l'eau avec du sucre et un peu d'alcool de poire.

Cette fois, les poires s’amollissent, parce que la cuisson dégrade les molécules de pectines,  qui donnent de la fermeté aux fruits en se liant aux molécules de cellulose dans les parois végétales.

Disons-le mieux,  en considérant d'abord une poire crue : elle est faite de cellules, petit sacs emplis d'une solution aqueuse, et qui sont cimentés par ce que l'on nomme la
paroi végétale  :  cette paroi végétale est faite de molécules de cellulose, très résistantes chimiquement, qui sont comme des piliers qui seraient tenus ensemble par des sortes de cordes, les molécules de pectines.

Ces dernières sont sensibles à la chaleur et la cuisson conduit à leur dissociation en petits morceaux  :  de ce fait, les piliers de cellulose peuvent alors se séparer. Le ciment qui liait les cellules est dégradé, et les cellules peuvent se séparer, si on presse le tissu végétal

C'est ainsi que,  quand on écrase une poire cuite, alors on sépare les cellules les unes des autres ; certaines cellules sont ouvertes, cassées, mais d'autres demeurent intactes. Bref, la poire s'amollit.

Évidemment, plus on cuit, plus on dégrade les molécules de pectines, et plus on amollit les poires, selon une réaction qui dépend de la durée de cuisson, de la  température de cuisson,  de l'acidité, mais de la présence éventuelle aussi d'ion calcium, par exemple.

Terminons en  ajoutant que la présence de jus de citron conserve les poires bien blanches à condition qu'on le mette au début du procédé, quand les enzymes du fruit sont encore actives et risquent de faire noircir les fruits.


Passons maintenant à la garniture, le blanc manger proprement dit.

Pour la garniture, il y a donc du lait c'est-à-dire de l'eau où de la matière grasse est dispersée (une "émulsion"), et où l'on a dissout du sucre : les molécules de saccharose qui étaient régulièrement empilées dans les cristaux de sucre se sont dispersés dans l'eau, quand les molécules d'eau, en mouvement incessant, ont heurté la surface des cristaux de sucre.  

Dans le lait, on a ajouté de la gélatine, en feuille ou en poudre :  cette matière est faite de protéines agglomérées ; quand elle est chauffée dans de l'eau, elle libère les molécules de protéines,  qui se dispersent alors dans l'eau.

Au refroidissement de la solution, les molécules de protéines s'associent en un grand filet, un réseau, et l'on obtient un gel.

Si l'on a mêlé de la crème Chantilly (c'est-à-dire de la crème qui a été fouettée) au lait sucré gélatiné, alors des fragments de la crème chantilly sont piégés dans le réseau de gélatine qui se forme.

Évidemment, il ne faut mélanger la crème chantilly et le lait gélatiné que quand ce dernier est à la limite de la prise sans quoi la chaleur risque de faire retomber la mousse.

Bon appétit

Pour faire de la recherche scientifique, il faut... faire de la recherche scientifique

 Dans les milieux de science et technologie des aliments (souvent plus de la technologie que de la science), il y a une faute de pensée constante qui consiste à modéliser une situation pour la décrire, car cela nous met dans une position tout autre que celle de la recherche scientifique.

Avec un collègue qui s'intéresse à la libération de composés bioactifs, j'envisage l'encapsulation d'une molécule odorante dans une molécule d'amylose, ou au centre d'une micelle de phospholipides, par exemple. Mon collègue l'ignorant, je discute jusqu'au fait que la structure encapsulante puisse être dynamique, mais je vois surtout que c'est là une description un peu dogmatique et, en tout cas, qui ne me met pas dans la position de la recherche scientifique, laquelle doit précisément ne pas être capable de faire une description avec les outils intellectuels dont nous disposons.

D'ailleurs, le collègue à qui j'expose les descriptions théoriques me répond qu'il y a la libération de la molécule odorante par l'amylose dans la bouche quand les enzymes amylases attaquent la molécule d'amylose, qui est enroulée en hélice autour de la molécule odorante. Or, ayant fait une recherche bibliographique à ce propos, je lui signale que l'attaque complète prendrait 40 heures et qu'il n'est donc pas dit que cette idée commune d'une libération par l'amylose puisse faire dans les temps d'une dégustation, où les composés ne séjournent en bouche que quelques secondes ou dizaines de secondes.

À quoi bon nos description théoriques, alors ? La réponse est claire et elle doit être distribuée largement : à proposer une possibilité de réfutation.

Chaque fois que nous modélisons, nous devons aussitôt chercher une prévision expérimentale pour la réfuter au lieu de propager paresseusement des idées qui sont en réalité convenues.

Et par exemple à propos de l'encapsulation dans l'amylose : nous avons l'idée d'une molécule unique, dans une molécule en hélice, mais combien de molécules se logeraient-elles ? Peu solubles dans l'eau pourquoi des molécules d'amylose ne s'associeraient-elles pas ? Et pourquoi ne viendraient-elles pas à plusieurs autour d'une même molécule odorante ?
À propos d'une molécule hydrophobe dans une micelle de phospholipides, quelle est la cinétique d'incorporation ? Quelle est la force qui tient la molécule odorante encapsulée ? Et mille autres questions.

Oui, je vois que nous restons avec nos modélisation classiques, au lieu d'aller plus loin : quels sont les concepts qui nous manquent ?  Comment peuvent-ils nous venir ? Sommes-nous à un endroit du savoir où nous pourrions repousser les limites ?

Modèles, explications : les outils pour progresser

 
Dans des cours de Master, je fais valoir que les procédés et leurs effets peuvent s'apprécier de façon macroscopique. Plus exactement, si l'on veut comprendre les possibilités d'amélioration, donc de changement du procédé, et si l'on ne veut pas errer empiriquement dans l'infinité des possibilités, il y a lieu de "comprendre" ce qui se passe dans on effectue les opérations stipulées par le protocole, ou, plus généralement, mises en oeuvre.

Or la première "explication" des transformations macroscopique doit être microscopique.  
Par exemple, quand on coupe une carotte, la racine initiale est divisé en tronçon, par exemple, et cette division est un effet physique. Pour "comprendre" cette division, il y a lieu d'observer que la lame de certais couteaux est en forme de toit de maison renversé, et, pour d'autres, en forme ce V : dans le premier cas, il y a une compression, mais, dans le second, la coupe est plus franche. Et, finalement, dans les deux cas, le tissu végétal est séparé, la lame passant à travers une épaisseur plus ou moins grande de tissu, i.e. à travers un nombre de couches de cellules plus ou moins grand. Et cela s'accompagne d'une quantité plus ou moins grande de contenu cellulaire libéré : le tissu végétal est plus ou moins humide, et il brunit plus ou moins.

Cela étant, cette première explication mérite une explication... moléculaire : comment la lame du couteau divise-t-elle les cellules, et pourquoi la surface brunit-elle ? Là, la physique doit se fonder sur la chimie, sur la considération des molécules qui constituent les parois végétales, les membranes, les cellules.
Par exemple, le brunissement résulte du fait que des composés phénoliques sont libérés au côté d'enzymes catécholases, qui forment des composés mélanoidiques bruns. Bref, il faut de la chimie, pour comprendre les transformations du monde !

Modélisation d'un beignet

Les beignets ? Ce ne sont ni des rissoles ni des pets de putain, ou pets de nonne.
Pour les rissoles, il s'agit de pâte (pensons à de la pâte brisée, par exemple, ou feuilletée) qui enferment  une préparation (un salpicon) et qui était frite, même si, aujourd'hui, elles sont plutôt cuites au four.
Pour les beignets c'est une préparation qui est  trempée dans une pâte liquide, avant que l'ensemble ne soit frit.
Pour les pets de putain, enfin, c'est la pâte elle-même qui est frite directement, ce qui la fait souffler et lui donne d'épaisseur qu'elle n'a pas puisqu'elle n'a pas de farce.

Dans les trois cas, il y a à l'extérieur une pâte, avec de l'amidon, à savoir de petits grains formés de couches concentriques de deux types de molécules : des molécules d'amylose et des molécules d'amylopectine.
es deux types de molécules sont ce que l'on nomme des "polymères" c'est-à-dire des enchaînements de très nombreux motifs élémentaires, en l'occurrence des résidus de D-glucose. Pour les amyloses,l'enchaînement est linéaire, mais pour les amylopectines, les molécules  sont ramifiées.

Lorsque l'on chauffe des  grains (on parle aussi de "granules") d'amidon en présence d'eau, les grains gonflent, libérant de l'amylose et absorbant de l'eau environnante. Leur volume augmente au point que des granules voisins peuvent s'interpénétrer, formant une couche continue d'un "gel" : c'est ce que l'on nommait jadis un empois.
Si l'on sèche ensuite un empois, il s'effondre sur lui-même quand l'eau qui le gonfle s'évapore, et il reste une croûte dure, tout comme les grains secs l'étaient initialement.

Ajoutons que la croûte est cette partie sèche, où la température externe est celle de l'huile, soit environ 180 degrés, et où la température interne n'est que 100 degrés : un milieu où il y a de l'eau ne peut avoir une température supérieure si la pression n'augmente pas. Or, dans les beignets, rissoles ou pets de putain, la pression n'augmente que peu, parce que la vapeur formée à l'intérieur s'élimine sous la forme de ces jets de bulle que l'on voit sortir du produit frit.

Par email, par courrier, par téléphone, par sms, je reçois de très nombreux messages d'étudiants intéressés par la gastronomie moléculaire ou par la cuisine moléculaire, voire la cuisine note à note, ce qui me réjouit évidemment, car cela prouve que je réussis à partager ma passion pour la connaissance et ses applications.

Pourtant j'ai souvent peur que  nos amis soient déçus, notamment quand il s'agit d'étudiants qui me demandent s'ils peuvent venir faire un stage dans notre équipe de recherche. Par exemple, ce matin, une étudiante anglaise me disait s'être amusée beaucoup à faire des chocolats chantilly, des berzélius, des gibbs…  La semaine dernière, c'était un correspondant autrichien qui  faisait un dirac et un gibbs.  Je ne parle pas de ceux qui font des perles d' alginate ou qui utilisent des siphons, car il s'agit là de cuisine moléculaire, telle que je l'ai proposée il y a 35 ans, et ma réponse est alors qu'ils feraient mieux de s'intéresser à la cuisine note à note.
Ce qui me trouble, c'est que mes interlocuteurs me parlent souvent de cuisine, quand je parle moi de gastronomie moléculaire,  et je veux profiter d'un message reçu il y a  quelques instants pour donner deux exemples des travaux que nous faisons au laboratoire afin de donner des explications pour le futur.

Nos jeunes amis sont de deux types principaux : il y a les cuisiniers, et les étudiants en science et en technologie, mais invariablement, je réponds  à tous que, dans notre groupe de recherche, notre travail quotidien consiste à mettre en oeuvre des méthodes d'analyse, telle la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire, la fluorimétrie, l'électrophorèse capillaire, la chromatographie en phase gazeuse avec spectrométrie de masse, ou bien,  pour la partie théorique, nous cherchons à résoudre des équations différentielles ou des  équations aux dérivées partielles. Je donne maintenant un exemple de chaque cas.


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