Caféine, théine, théobromine, guaranine, théanine, théophylline… On s’y perd !

Observons les consommations de boisson, dans le monde : le thé est la deuxième boisson la plus consommée après l’eau ; en France, c’est le café qui vient après l’eau ; en Chine, l’eau est suivie par le thé et le café ; en Inde, le thé reste la boisson nationale… même si le café augmente ; aux États-Unis, c’est l’eau en bouteille qui est la première consommation (25 %), avant les boissons gazeuses (22 %), mais vient ensuite le café (13 %).

Bref le thé et le café sont largement consommés dans le monde. Pourquoi ? Le « goût » de ces boissons est important, évidemment, mais elles contiennent de surcroît des composés stimulants, dont les noms sont…


Les hésitations de la chimie des alcaloïdes

Oui, quels sont vraiment les composés stimulants présents dans les cafés, thés, chocolats, guaranas ou matés ? Il y a de la confusion, notamment parce qu’il y a les scories de l’histoire de la chimie, et que, de ce fait, il y eut des hésitations à propos des dénominations, avant que l’Union internationale de chimie pure et appliquée (UICPA ;  en anglais IUPAC) ne fasse finalement son salutaire travail terminologique.

La caféine, pour commencer, fut initialement isolée en 1819 – et nommée Kaffein- par le chimiste allemand Friedlieb Ferdinand Runge (1794-1867), à qui le romancier Johann Wolfgang von Goethe avait confié des grains de café (Coffea). Runge était un chimiste précoce : il n'avait que 25 ans quand  il parvint à isoler des cristaux blancs, à partir de la matière première que Goethe lui avait donnée. Lors de ce travail, il avait procédé classiquement, suivant l'exemple des pionniers de la chimie végétale, avec des dissolutions, des évaporations, des cristallisations… qui établissent finalement la pureté des corps séparés : les cristaux sont faits de molécules régulièrement empilées, et de tels empilement ne se forment que si les molécules sont toutes identiques, excluant les molécules d’autres composés qui auraient été initialement présentes dans l’extrait que l’on cristallise.
Le travail de Runge étant passé inaperçu, la caféine fut redécouverte une première fois par le pharmacien français Pierre-Jean Robiquet en 1820, qui présenta son travail à l’Académie de pharmacie en 1821, sans le publier (Wisniak, 2013), puis une seconde fois par Joseph-Bienaimé Caventou et Pierre-Joseph Pelletier en 1821. Quelques années plus tard, en 1827, Alphonse Oudry isola de même la « théine » à partir des feuilles de thé, tandis que, en 1840, Marcelin Berthelot et Claude Dechastelus isolèrent le composé actif du guarana, qu’ils nommèrent guaranine (Dechastelus, 1860).
Dans tous les cas, on trouve des cristaux blancs, de saveur amère, mais les chimistes allemands montrèrent ensuite qu’il s’agissait dans tous les cas de caféine (Würtz, 1870), dont la structure de la molécule fut établie par le génial chimiste allemand Emil Fischer, qui en réalisa la synthèse en 1895. Finalement, la théine est en réalité la caféine, tout comme la guaranine, et si l’on veut utiliser le nom de l’IUPAC), c’est même la 3,7-dihydro-1,3,7-trimethyl-1H-purine-2,6-dione (nous conserverons le nom « caféine », dans la suite).
La caféine est un « alcaloïde », ce qui signifie que c’est un composé extrait de plantes, dont la molécule est organique, avec des atomes de carbone, hydrogène, oxygène, et azote. Ces atomes sont arrangés en « hétérocycles », avec des atomes de carbone enchaînés en cycles (cinq ou six atomes) et possiblement des atomes d’azote ou d’oxygène (IUPAC, 2019). La figure 1 montre ainsi la molécule de caféine.

 Sur cette représentation de la molécule de caféine, les sommets sont occupés par des atomes de carbone (C), sauf quand une lettre N est indiquée, ce qui correspond à un atome d’azote. Les lettres O et H désignent respectivement des atomes d’oxygène et d’hydrogène. Pour plus de clarté, certains atomes d’hydrogène sont omis, mais les atomes de carbone ont toujours quatre liaisons et les atomes d’azote en ont trois.

Finalement, la caféine est donc un alcaloïde de la famille des méthylxanthines que l’on trouve dans le café, mais aussi dans le chocolat, le thé, la noix de kola, la guarana (la plante qui a la plus haute concentration), le maté… Soluble dans l’eau, elle se retrouve dans les boissons que l’on prépare à partir de ces plantes.
 

 D’autres composés stimulants

 
 Si la caféine se confond avec la théine ou la guaranine, voire la matéine (noms qui doivent être oubliés), elle diffère toutefois de deux autres stimulants de la même famille, qui sont la théobromine (3,7-diméthylxanthine) et la théophylline (1,3-diméthylxanthine) (Paula Lima et Farah, 2019). La caféine est présente dans le café, thé, maté, guarana et chocolat, mais la théobromine n’est que dans le maté, le guarana et le chocolat, tandis que la théophylline est présente dans le thé, le café, le maté, le guarana et le chocolat.
  

Les molécules de théobromine (en haut) et de théophylline (en bas).


En dépit de son nom, la théobromine ne contient pas d'atomes de brome : son nom est dérivé de Theobroma, nom générique du cacaoyer, composé des racines grecques Theo (« dieu ») et broma (« nourriture »), signifiant « nourriture des dieux ». On en trouve environ 5 à 10 milligrammes par gramme de chocolat. Et tous ces composés ont des actions semblables, avec des variations. La caféine, par exemple, est un psychostimulant ; il entraîne une accélération du rythme cardiaque et une vasodilatation, des performances sportives, ainsi qu’une capacité de travail mental accrues (Palatini et al., 2009; McLellan et al., 2016).
Les phénomènes d’accoutumance semblent réels : ils apparaissent à des doses de 3 fois 400 mg/jour pendant 7 jours. La dépendance ne semble pas d’ordre psychologique, mais liée à l’excès de récepteurs à l’adénosine et au manque de récepteurs à la dopamine. L’intoxication à la caféine exige plus de 600 mg de caféine par jour pendant une durée prolongée ; ce n’est pas véritablement un poison comme le sont beaucoup d’alcaloïdes végétaux, mais elle peut malgré tout être mortelle à des doses correspondant à 60 à 100 tasses prises en un temps limité (dose létale DL50 : 150 à 200 mg par kg de masse corporelle). Elle passe dans le lait maternel, et surtout traverse la barrière placentaire et le fœtus a une caféinémie identique à celle de sa mère.
Malgré l’existence de ces alcaloïdes dans plus de 100 espèces de plantes (Zulak et al., 2006), ils ne sont consommés par par le café (Coffea sp), le thé (Camelia sinensis), le maté (Ilex paraguariensis), le chocolat (Theobroma cacao), les graines de guarana (Paulinia cupana) et de cola (Cola nitida) (Tarka and Hurst, 1998). La caféine et -rarement- d’autres methylxanthines sont ajoutées à des boissons « énergisantes ». Comme beaucoup d’alcaloïdes produits par les plantes, la caféine serait à la fois un pesticide naturel détruisant les insectes s’attaquant à la plante et un inhibiteur de la germination des graines autres que celles produites par la plante, lui offrant ainsi une meilleure chance de survie.

La théanine : rien à voir !

Le nom « théanine » ressemble à celui -périmé, donc- de théine, mais il désigne un composé qui n’est pas un alcaloïde, mais un acide aminé non essentiel : la théanine, ou acide 2-amino-4-(éthylcarbamoyl)butyrique, est un acide aminé communément présent dans le thé. La fermentation réduit sa teneur. Tandis que l’exposition au soleil la convertit en polyphénols.
Ainsi, le thé vert ou le matcha japonais est le plus riche en théanine. Son activité sur le cerveau permet une réduction du stress mental et physique et produit un effet relaxant.
La figure 2 montre bien que les molécules de théanine et de caféine sont parfaitement différentes :

La théanine est un acide aminé (avec une fonction amine -NH2) et une fonction acide carboxylique (-COOH).</em> Terminons en signalant que nombre de sites internet, notamment des sites marchands en sont restés à des confusions terminologiques qui révèlent leur ignorance réelle de la chimie, tandis qu’ils affichent des données erronées sur les teneurs en divers composés, dans un affreux mélange des catégories chimiques qui révèle immédiatement une ignorance qui devrait alerter les visiteurs : n’a-t-on pas vu des confusions entre les xanthines et les composés phénoliques ? Des différences entre théine et caféine ? Sans compter les « effets bénéfiques » que ces marchands d’orviétan invoquent sans retenue. A ces élucubrations mensongères, on préférera toujours le site de l’Agence nationale de sécurité des aliments (Anses, 2020).

Références :
 

Anses. 2020. « Caféine », https://www.anses.fr/fr/search/site/caf%C3%A9ine?iso1=fr&amp;iso2=en
 

Beaufort B. 2018. La mercatique transatlantique d’un végétal psychoactif : le guaraná entre remède et aliment (1840-1921) », Confins, DOI : https://doi.org/10.4000/ confins.13215.  

Dechastelus M. 1860. Guarana de Dechastelus, Pharmacien-Inventeur, 56, rue d’Anjou-Saint-Honoré, 56, contre Les Diarrhées, les Dyssenteries aiguës ou chroniques, l’Hémoptysie, les Catarrhes chroniques de Vessie et de Poitrine, la Lencorrhée, certaines migraines et Névralgies. In Recueil de notices sur ses préparations du guarana, Typographie de E. Brière, rue Saint-Honoré, Paris, 257.
 

Gravelle MNA. 1840. Notice sur une nouvelle substance médicinale appelée Paullinia, Giraudet et Jouaust, Paris. 

IUPAC. 2019. Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book"). Compiled by AD McNaught and A Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). Online version (2019-) created by S. J. Chalk. https://doi.org/10.1351/goldbook.
 

McLellan TM, Caldwell JA, Lieberman HR. 2016. A review of caffeine’s effects on cognitive, physical and occupational performance, Neuroscience &amp; Biobehavioral Reviews, 71 (12), 294-312.
 

Palatini P, Ceolotto G, Ragazzo F, Dorigatti F, Saladini, F, Papparella I, Luciob M, Zanata G, Santonastaso M. 2009. CYP1A2 genotype modifies the association between coffee intake and the risk of hypertension, Journal of Hypertension, 27(8) 1594-1601. 

Paula Lima JD, Farah A. 2019. Methylxanthines in stimulant foods and beverages commonly consumed in Brazil, Journal of Food Composition and Analysis, 78, 75–85.
 

Richard A. 1838. Elémens d'histoire naturelle médicale, volume 1, Béchet, Paris.
 

Tarka SMJ and Hurst WJ. 1998. Introduction to the chemistry, isolation and biosynthesis of methylxanthines. In Spiller GA (eds) Caffeine, CRC Press.
 

Wisniak J. 2013. Pierre-Jean Robiquet, Educ. quím., 24 (sp. issue 1), 139-149. Wurtz Ad. 1870. Dictionnaire de chimie pure et appliquée, Hachette, Paris (Fr), 1(2), 693. Zulak et al., 2006.
 

Zulak KG, Liscome DK, Ashihara H, Facchini PJ. 2006. In Plant Secondary Metabolites: Occurrence, Structure and Role in the Human Diet (Crozier A, Clifford MN et Ashihara H eds), Blackwells, Oxford, 102–136.

Une question à propos de diplomate.

 
Des réponses à une question d'un internaute :

Je cherche à faire un diplomate
Certaines recettes mentionnent de battre les œufs sans le sucre et d’incorporer ensuite le lait sucré bouillant.
Certaines recettes mentionnent de battre les œufs avec le sucre à la fourchette et d’incorporer ensuite le lait bouillant non sucré
Et d’autres recettes mentionnent de battre les œufs avec le sucre au batteur électrique (jusqu’à formation d’un ruban) et d’incorporer ensuite le lait bouillant non sucré
Pouvez-vous me donner votre point de vue (théorique et/ou expérimental) ?

Immédiatement, cette question me fait penser à nos études expérimentales, lors d'un séminaire de gastronomie moléculaire, où nous avions testé l'importance éventuelle de faire le ruban, pour la confection d'une crème anglaise. Je rappelle que cela se fait de la façon suivante :
- on ajoute du sucre aux jaunes d'oeufs
- on fouette jusqu'à ce que cela devienne lisse et blanc
- on ajoute le lait infusé avec la vanille - on cuit.
Et nous étions donc partis d'un mélange de jaune et de sucre que nous avions divisé en deux. Pour une moitié, nous avions fait le ruban, et pas pour l'autre. Nous avions ajouté le même lait, en même quantité, dans les deux moitiés, et nous avions cuit de la même façon. Puis nous avions organisé un test sensoriel... qui avait montré que la différence est sans appel : avec le ruban, c'est bien plus moelleux, parce que les bulles d'air qui font blanchir se maintiennent jusqu'à la fin de la cuisson.

Ici, on me dit que l'on mélange non pas des jaunes, mais des oeufs. Entiers ? D'autre part, ici, on nous propose de faire donc cuire le mélange de sucre et de jaunes, alors que, bien souvent, c'est le mélange de jaune et de sucre, additionné de lait, qui est additionné à des biscuits, l'ensemble étant cuit ensuite au bain marie.

Bref, mon interlocuteur me donne une bien étrange recette, dont je ne vois pas la trace historiquement, comme je le montre dans mon article à paraître dans les Nouvelles gastronomiques, revue en ligne pour laquelle je fais un billet terminologique chaque semaine (https://nouvellesgastronomiques.com/).

Ce qui me conduit à réserver ici ma réponse en la rapportant à la crème anglaise... et c'est bien ce que j'ai fait plus haut : le résultat est bien supérieur (à mon goût) quand on fait un beau ruban, bien blanc, très poussé. Cela dit :
- battre les blancs sans le sucre ne fait pas le ruban
- battre à la fourchette : pourquoi donc faire médiocrement quand on peut battre au fouet. J'observe surtout que n'importe qui publie aujourd'hui n'importe quoi, avec des blogs qui s'apparentent parfois à des journaux intimes de midinettes mal digérés, ou à des déclarations d'égo aussi prétentieuses qu'incompétentes, recopiant sans vergogne, sans citation...
Inutile de s'en lamenter, mais nos amis qui voudraient de bon conseils font bien de s'adresser à des personnes compétentes.

Mais, je me reprends : est-ce nouveau ? Non : il y a environ un siècle, le "Baron Brisse" (un journaliste qui n'était pas baron) écrivait n'importe quoi, et ce n'est pas le premier, ni le dernier : n'ai-je pas vu récemment, sous la signature d'un cuisinier réputé, des propos à propos de la technique du soufflé qui étaient du même ordre : ignares ?

 

 

 

À propos de technique culinaire : du soin et de la construction

 
Nous sommes bien d'accord : l'activité culinaire, c'est de l'amour, de l'art, de la technique. Pour la technique, j'avais identifié une caractéristique essentielle, qui est le soin : car faire quelque chose soigneusement, c'est dire aux autres "je t'aime". Ce qui montre que les trois composantes de la cuisine ne sont pas séparées : technique avec soin, art avec souci d'autrui, amour pour ce qu'il est.

Cela étant, pour en revenir à la technique, il y a lieu de voir plus que le soin, parce que cuisiner, c'est en réalité parler -par les mets- à ceux que l'on nourrit. Et il y a lieu d'être certain que les convives nous entendent bien, qu'ils nous comprennent. Là, la construction, la structure sont essentielles.

Je propose de prendre une comparaison avec les jardins : il ne suffit pas de tailler correctement, avec soin, selon les règles... La construction est essentielle. Sans cette dernière, un jardin n'est qu'une jungle, et le soin du jardinier est invisible.
Oui il faut l'intervention du jardinier qui va donc transformer le naturel en artificiel. Il évitera que le lierre enserre tous les arbres, il organisera les masses végétales de telle façon que l' œil puisse s'y retrouver, au point même que le lierre ou d'autres adventices deviennent des objets domestiqués, qui viendront concourir à l'oeuvre.
Je ne reviens pas ici sur la discussion un peu caricaturale qui oppose des jardins à la française et des jardins à l'anglaise, mais même dans les jardins les plus apparemment désordonnés, c'est quand l'œil voit une organisation, une construction, une architecture, un dessin, voire un dessein, que l'on dit alors qu'il y a du jardin.

De la même façon, en cuisine, un mélange d'ingrédients ne fait pas un plat admissible, et même la ratatouille doit être organisée pour prendre un peu de sens gustatif. Oui, la technique passe par le soin, mais elle passe aussi par la construction, l'architecture, l'organisation. Et c'est ainsi que la cuisine est belle !

Une étape merveilleuse

Cela a été un moment extraordinairement intense pour la gastronomie moléculaire et physique, ce que l'on nomme plus succinctement gastronomie moléculaire. Et il y a donc lieu de nous arrêter, afin de regarder en arrière... afin de mieux regarder en avant. 

Formellement, le nom de gastronomie moléculaire et physique a été donné en 1988 par moi-même et par mon vieil ami Nicholas Kurti, alors que nous organisions des conférences, pour établir la discipline scientifique qu'est la gastronomie moléculaire et physique. 

Cette gastronomie moléculaire et physique, plus succinctement dite gastronomie moléculaire, est une science de la nature, qui ne se confond pas avec une de ses applications, que j'ai nommée cuisine moléculaire. 

Mais, bref, il y a peu, nous avons publié  cet énorme livre (894 pages) qu'est le Handbook of Molecular Gastronomy,. 

Voilà donc pour l'état : il est la résultante de la lente constitution d'une communauté internationale, ces dernières années, avec la création de groupes de gastronomie moléculaire dans des universités de nombreux pays. Cela ne cesse d'augmenter à mesure que s'ajoutent les élèves, les manifestations... Et demain ? Demain, ayant cette communauté, nous la ferons vivre avec l'International Journal of Molecular and Physical Gastronomy,  structuré comme l'a été le Handbook of Molecular Gastronomy, avec - une partie scientifique - une partie d'applications didactiques - une partie d'applications à l'art culinaire, sous le nom d' edible ideas. N'est-ce pas merveilleux ?

A propos de mon nouveau livre : "Inventions culinaires"

 Des amis me demandent des explications à propos de mon nouveau livre, et je leur réponds d'abord qu'il y a  beaucoup dans le titre :  Inventions culinaires. En effet, il s'agit de présenter des inventions que j'ai faites au fil des années à raison d'une par mois.
Ce sont des nouveautés aussi nouvelles que le  fut la crème anglaise quand elle n'existait pas encore, ou la mayonnaise, ou la génoise, etc.

Ces inventions sont fondées sur la compréhension des phénomènes culinaires, laquelle est obtenue par les études scientifiques de gastronomie moléculaire et physique.

À mes inventions, j'ai généralement donné le nom d'un scientifique du passé, le plus souvent un chimiste.
Et c'est ainsi que ses inventions se nomment würtz, geoffroy, vauquelin, etc.

Naguère, je donnais une invention par mois à mon ami Pierre Gagnaire et il en faisait des plats qu'il servait dans ses restaurants. D'ailleurs il en sert certains toujours puisque ces inventions n'ont pas vocation à être oubliées : elles s'ajoutent au répertoire classique de la cuisine.

Dans le livre pour y revenir, j'explique évidemment en quoi consiste l'invention, mais je donne aussi des recettes qui en font usage, en salé et en sucré.
J'ai essayé de ne pas utiliser d'ingrédients coûteux, mais je n'ai évidemment pas négligé le goût. Oui, dans ce livre, il s'agit d'abord de gourmandise !

Et cela me conduit à observer que chaque chapitre contient une troisième partie qui, précisément, s'intitule "Suppléments de gourmandise" : il s'agit, comprenant que la cuisine est amour, art et technique, de reprendre les recettes, de les analyser de ces trois points de vue en vue de bien comprendre ce que l'on doit faire et aussi ce que l'on peut faire pour transformer encore les recettes, les porter à un point supérieur. Cette troisième partie consiste en quelque sorte à se mettre un pas en arrière de soi-même, à évaluer pour améliorer.
Le juriste Jean-Anthelme Brillat-Savarin, qui publia il y a 200 ans le merveilleux livre intitulé La physiologie du goût, extraordinaire livre qui a traversé les siècles et les traversera encore, parlait de "l'âme, cause toujours active de perfectibilité". L'âme est une hypothèse chrétienne, et il aurait pu parler d'esprit pour ceux qui refusent cette hypothèse,  mais en tout cas, il y a de cela dans l'affaire :  chercher à améliorer, sans cesse faire mieux.

Au total, dans le livre il y a une cinquantaine d'inventions et un très grand nombre de recettes assorties de toutes mes explications et c'est à des amis gourmands que je pense quand j'écris.

IA et émulsions

 Ces temps-ci, il est bien convenu d'observer que les avis à propos de l'intelligence artificielle sont partagés. Un ami nous montre une application merveilleuse, et un autre en montre les insuffisances.
En l'occurrence, ici je suis désolé d'être dans la deuxième catégorie, alors que je ne veux surtout pas généraliser.

Je signale seulement que je posais une question technique à propos d'émulsion et que j'ai reçu une réponse extrêmement tranchée et manifestement fausse à propos de la proportion minimale de phase continue nécessaire à l'émulsification.
Mais j'ai insisté et surtout, j'ai demandé les références scientifiques qui avaient permis d'établir la réponse  que j'avais reçu. Et là, les insuffisances ont été encore supérieures,  car les articles qui étaient cités, et que j'ai consultés, ne disaient pas ce que l'IA avait répondu.

Je conserve cet exemple afin de le transmettre aux étudiants qui me font l'honneur de penser que je peux contribuer utilement à leurs études.

Inventions culinaires : le livre est arrivé !

 Je découvre mon nouveau livre "Inventions culinaires" sur une table de la librairie Ruc à Colmar point invention culinaire, gastronomie moléculaire : il s'agit de récapituler quelques-unes de mes inventions, et de les assortir de recettes pratiques. 

Mais surtout, il y a une innovation  :  après chaque recette, j'en fais une analyse des trois points de vue technique, artistique et social, car  il s'agit de faire mieux que l'on pourrait faire, de faire plus gourmand, mieux.
Comme disait Brillat Savarin  : l'ame, cause toujours active de perfectibilité