La science de l’umami : le glutamate, les nucléotides et la synergie qui multiplie par huit

Jusqu'au début des années 2000, l'umami était une proposition japonaise mal acceptée en Occident : le chimiste Kikunae Ikeda avait isolé le glutamate du bouillon de kombu en 1908 et lui avait donné ce nom, mais rien ne prouvait qu'il s'agissait d'un goût distinct plutôt que d'un mélange des quatre autres. La preuve est venue de la biologie moléculaire. En 2002, deux équipes indépendantes (Nelson et collègues dans Nature, Li et collègues dans PNAS) ont montré qu'un récepteur formé de deux protéines, T1R1 et T1R3, exprimé à la surface de certaines cellules des papilles, répond aux acides aminés, et chez l'humain au glutamate avant tout. C'est un cousin du récepteur du sucré, T1R2/T1R3, avec lequel il partage une moitié. Le goût a donc une porte d'entrée propre, comme le sucré et l'amer, et non un mélange.

Ce que le récepteur reconnaît, c'est l'acide glutamique libre, c'est-à-dire non engagé dans une protéine. Les protéines des aliments (celles de la viande, du lait, du blé) en contiennent énormément, environ un acide aminé sur cinq, mais lié : un morceau de bœuf cru a peu de goût, parce que son glutamate est enfermé dans ses chaînes protéiques. Tout ce qui coupe ces chaînes libère le goût : la cuisson longue, l'affinage, le séchage, la fermentation, la maturation d'un fruit. L'umami est, pour l'essentiel, le goût d'une protéine qui a été démontée.

Le même récepteur a une seconde porte, et c'est elle qui fait tout le reste du dossier. Les travaux de Zhang et collègues (2008) ont montré que les nucléotides, inosinate et guanylate, se fixent sur une autre partie de T1R1 et verrouillent le récepteur dans sa forme active quand du glutamate s'y trouve déjà. Seuls, ils font peu ; avec du glutamate, ils multiplient la réponse. La synergie n'est pas une impression de cuisinier, c'est une mécanique moléculaire.

Les teneurs en glutamate libre varient d'un facteur mille entre les aliments, et elles ne suivent pas la teneur en protéines : le lait de vache en contient 2 mg pour 100 g, le parmesan qui en est fait entre 1 200 et 1 700. Le tableau donne, pour les ingrédients du répertoire, les ordres de grandeur compilés par Ninomiya (1998) et actualisés par l'Umami Information Center ; les fourchettes sont larges, parce qu'un parmesan de douze mois et un de trente-six mois ne se ressemblent pas, et que la variété et la maturité d'une tomate font varier sa teneur du simple au double.

Le classement a trois têtes. Le kombu séché, avec plus de 2 000 mg pour 100 g, est l'aliment le plus riche connu, et c'est lui qu'Ikeda a étudié : une feuille de 10 g dans un litre d'eau donne un bouillon à 200 mg par litre, au-dessus du seuil de détection humain, qui se situe autour de 100 à 300 mg par litre selon les études. Les fromages à pâte dure longuement affinés viennent ensuite : parmesan, grana padano, comté vieux, pecorino. Puis les produits de poisson fermentés ou salés, nuoc-mâm, anchois, colatura : leur glutamate vient de l'autolyse des protéines du poisson par ses propres enzymes, pendant des mois dans le sel.

Le reste de la liste se lit par mécanisme. Le shiitake et le cèpe séchés, la tomate séchée et le concentré doivent leur rang à la concentration : enlever l'eau multiplie la teneur pour cent grammes par cinq à dix. La sauce soja et le miso sont des fermentations de soja et de blé par le koji, dont les protéases démontent les protéines sur des mois. Le jambon cru de dix-huit mois a été attaqué par ses propres enzymes dans le sel. Et la tomate fraîche est le seul légume de la liste : parmi les végétaux, elle est de loin le plus riche, avec les petits pois, le maïs et les champignons ; les autres légumes en contiennent moins de 50 mg.

Ce que le tableau ne dit pas, et qu'il faut lire avec : le sel. Le nuoc-mâm et la sauce soja sont à 14 à 20 % de sel, le parmesan à 1,6 %, les anchois à 10 % ou plus. Un plat qui tire son umami de ces produits tire aussi son sel d'eux ; le dossier sur le sel et le sodium et l'outil du régime hyposodé disent comment les compter.

L'expérience fondatrice est celle de Shizuko Yamaguchi, en 1967. Elle a fait goûter à des panels des solutions de glutamate seul, d'inosinate seul, et des mélanges des deux à concentration totale constante, et mesuré l'intensité perçue. Le résultat est une courbe en cloche : le mélange moitié-moitié est perçu jusqu'à huit fois plus intense que le glutamate seul à la même concentration totale, et même un ajout de 1 à 2 % d'inosinate à une solution de glutamate la renforce nettement. Le guanylate fait la même chose, un peu plus fort encore ; Yamaguchi l'a mesuré trente fois plus puissant que l'inosinate, à poids égal. L'explication moléculaire est venue quarante ans plus tard avec Zhang et collègues : les nucléotides stabilisent le récepteur dans son état ouvert.

Les deux nucléotides n'ont pas la même origine, et c'est ce qui explique la cuisine. L'inosinate (IMP) est un produit de dégradation de l'ATP, la molécule d'énergie des muscles : il apparaît dans la viande et le poisson après la mort, par l'action des enzymes musculaires, et atteint son maximum après un à deux jours de maturation, pour disparaître ensuite. Il est donc dans la viande, le poisson, les crustacés, le katsuobushi (bonite séchée), les sardines séchées, et nulle part dans les végétaux. Le guanylate (GMP) vient de la dégradation de l'ARN des cellules, et il est abondant dans un seul type d'aliment : les champignons séchés, où le séchage active les enzymes qui le libèrent. Un shiitake frais en contient presque pas ; le même, séché, en contient autour de 150 mg pour 100 g. Le cèpe séché, la morille séchée, la levure (dont la levure maltée) en contiennent aussi.

Le dashi japonais est l'application directe : du kombu (glutamate) et du katsuobushi (inosinate), infusés à moins de 80 °C pour ne pas extraire l'amertume de l'algue. Le bouillon obtenu a le goût d'un fond de viande longuement réduit, en vingt minutes. La soupe miso du répertoire combine le dashi et le miso, soit trois sources de glutamate et une d'inosinate ; la version aux champignons y ajoute du guanylate.

La cuisine européenne fait exactement la même chose sans le dire. La carbonara romaine, c'est du guanciale (viande maturée, inosinate) et du pecorino (glutamate). Le ragù bolognais, c'est de la viande (inosinate), du concentré de tomates (glutamate) et du parmesan à table (glutamate). La soupe à l'oignon, c'est un fond de volaille ou de bœuf (inosinate) et du gruyère (glutamate). Le risotto aux champignons, c'est du bouillon, du parmesan et, si on en met, du cèpe séché (guanylate). La règle de composition est simple : un plat qui n'a qu'une seule source d'umami en a peu ; dès qu'il en a une de chaque famille, il devient profond.

Puisque le goût est celui du glutamate libéré, les techniques qui en produisent sont celles qui coupent les protéines ou concentrent ce qui est déjà libre. Il y en a quatre, et le répertoire les utilise toutes.

Mûrir. Une tomate verte contient autour de 20 mg de glutamate libre pour 100 g ; la même, rouge et mûre, entre 150 et 250. C'est la raison pour laquelle une sauce tomate d'août et une sauce de février ne se ressemblent pas, et pour laquelle les tomates cerises caramélisées du répertoire demandent des fruits à point. Le mûrissement du fromage et de la viande obéit à la même logique, par les enzymes du lait, de la flore d'affinage ou du muscle.

Sécher. Enlever l'eau concentre, et dans les champignons, déclenche en plus la libération du guanylate. Les cèpes et les shiitakes séchés du catalogue sont à tremper dans de l'eau froide, pas chaude : à 20 °C, pendant une heure ou deux, les enzymes des champignons continuent de produire du guanylate, alors qu'à plus de 60 °C elles sont détruites avant d'avoir fini. L'eau de trempage, filtrée, est la partie la plus riche et va dans le plat.

Fermenter. Le miso, la sauce soja, le nuoc-mâm, le kimchi, le fromage affiné, le jambon : tous sont des protéines démontées par des enzymes, les unes apportées par un champignon (le koji, Aspergillus oryzae), les autres par le poisson lui-même, d'autres par des bactéries. C'est le mécanisme qui donne les teneurs les plus élevées du tableau, parce qu'il dure des mois.

Cuire longtemps, et brunir. Une cuisson longue en milieu humide hydrolyse une partie des protéines : un fond de volaille de quatre heures contient plus de glutamate libre que le poulet dont il vient. La réaction de Maillard, à sec et au-dessus de 140 °C, fait autre chose : elle ne libère pas de glutamate, mais elle crée des centaines de molécules aromatiques qui, par le nez, sont perçues comme de la profondeur et du rôti. Un oignon caramélisé n'a pas plus d'umami qu'un oignon cru au sens du récepteur, mais il sent la viande. C'est cette confusion entre goût et arôme que le chapitre suivant exploite.

Frotter un légume racine ou une viande d'une pincée de café moulu avant de le rôtir est une pratique des cuisines du sud des États-Unis et de quelques tables européennes, et elle paraît absurde tant qu'on confond le café et son amertume. Ce qu'elle fait tient en trois mécanismes.

Le café torréfié est d'abord un concentré de produits de Maillard : les mélanoïdines, ces polymères bruns qui font sa couleur, et plusieurs dizaines de pyrazines, de furanones et de thiols qui font son odeur de grillé, de noisette et de caramel. Ce sont exactement les molécules qu'une cuisson au four cherche à produire à la surface d'un légume, et le café les apporte toutes faites. Un chou-fleur rôti frotté de café sent le rôti avant même d'être brun.

Il contient ensuite des acides chlorogéniques, le polyphénol dominant du café, et de l'acide quinique issu de leur dégradation à la torréfaction : ils donnent une acidité et une astringence légères qui coupent le sucre d'une carotte ou d'une courge rôties, comme le ferait un trait de vinaigre, mais à sec. Et il apporte une amertume franche (caféine, trigonelline, lactones) qui joue, dans un plat salé et sucré, le rôle du cacao dans un mole ou de la bière brune dans une carbonnade : un contrepoids qui rend le reste plus lisible. Le café n'apporte pas d'umami au sens du récepteur, mais il apporte au plat ce que l'umami et le Maillard apportent ensemble à un rôti de viande : la profondeur.

La dose est celle d'une épice, pas d'une boisson : 1 à 2 cuillères à café de mouture fine pour un kilo de légumes, mélangées au sel, au sucre brun, au cumin ou au paprika fumé, et à l'huile, avant un passage à 200 °C. Au-delà, le café domine et l'amertume devient celle du marc. Les candidats du répertoire sont les légumes sucrés et denses qui rôtissent longtemps : carottes, courge, betterave, chou-fleur, patate douce. Les carottes rôties au miel et au cumin et le chou-fleur rôti aux pois chiches du catalogue acceptent la pincée telle quelle, à la place ou en plus du cumin.

Les Carottes et panais rôtis au rub de café appliquent cette dose : 6 g de café moulu pour un kilo de racines, avec cassonade, paprika fumé et cumin, 30 à 35 minutes à 210 °C. Ce que ses recettes au café montrent, en revanche, c'est l'autre face du même mécanisme : l'affogato et le cà phê sữa đá jouent l'amertume du café contre un sucre et un gras, exactement comme le frottis la joue contre une carotte.

Un exhausteur est un ingrédient qu'on ajoute pour son glutamate ou ses nucléotides plus que pour lui-même. Le répertoire en utilise une dizaine, et le tableau les classe par ce qu'ils apportent d'autre, parce que c'est ce qui décide de leur usage : une cuillère de nuoc-mâm dans un ragù apporte de l'umami et presque rien d'autre, un morceau de parmesan apporte du gras et du sel, un cèpe séché apporte un arôme qui n'a pas sa place partout.

Trois règles d'emploi. La première est de doser au sel : la plupart de ces ingrédients sont salés, et ils remplacent une partie du sel de la recette au lieu de s'y ajouter. Le nuoc-cham du catalogue en est l'exemple, avec le nuoc-mâm comme seule source de sel. La deuxième est de les ajouter tôt quand ils doivent fondre dans un fond (concentré de tomates, anchois, croûte de parmesan, miso dans une soupe mijotée) et tard quand on veut leur arôme intact (miso dans une soupe courte, sauce soja de finition, parmesan râpé à table). La troisième est de ne pas en empiler : au-delà de deux ou trois sources, le plat devient plat, uniformément « savoureux », sans relief, comme un bouillon industriel. L'umami est un fond, pas un premier plan.

La croûte de parmesan jetée dans un minestrone ou un bouillon est l'exhausteur le moins cher du tableau : c'est la partie la plus sèche et la plus concentrée du fromage, et elle fond en libérant son glutamate sans donner la texture d'un fromage fondu. Le filet d'anchois fondu dans l'huile au départ d'une sauce tomate ou d'un plat de brocolis disparaît complètement comme poisson et reste comme profondeur ; c'est le principe de la bagna càuda piémontaise, où il est la sauce entière.

Le glutamate monosodique (E621) est le sel de sodium de l'acide glutamique, produit par fermentation bactérienne de sucres de betterave ou de canne. La molécule qui touche le récepteur est rigoureusement la même que celle du parmesan ou de la tomate ; la langue ne distingue pas l'origine. La question n'est donc pas chimique mais de dose et d'usage.

Sur la sécurité, le dossier scientifique est ancien et stable. Le « syndrome du restaurant chinois » décrit en 1968 n'a jamais été reproduit en essai contrôlé en double aveugle : la revue de Geha et collègues (2000), qui a testé des volontaires se disant sensibles, n'a trouvé aucune réponse reproductible à des doses alimentaires. L'EFSA a réévalué les glutamates en 2017 et a fixé une dose journalière admissible de 30 mg par kilo de poids corporel, soit 2 g par jour pour une personne de 70 kg ; elle note que l'exposition de certains gros consommateurs de produits transformés peut la dépasser, ce qui concerne les plats industriels, pas la cuillère à café du cuisinier. Une portion de parmesan de 30 g apporte autour de 450 mg de glutamate libre, une cuillère à soupe de nuoc-mâm environ 150 mg.

L'argument le plus solide en faveur du glutamate ajouté est celui du sel. Le glutamate monosodique contient 12 % de sodium ; le sel de table en contient 39 %. Les travaux de Jinap et Hajeb (2010) et plusieurs essais de reformulation montrent qu'en remplaçant une partie du sel d'un bouillon ou d'une soupe par du glutamate, on garde la même intensité perçue avec 20 à 40 % de sodium en moins. Pour un cuisinier, cela donne une règle utile sans produit en sachet : un plat qui a une bonne source d'umami a besoin de moins de sel pour paraître assaisonné, et un plat fade qu'on resale indéfiniment manque souvent d'umami, pas de sel.

Ce que ce dossier ne dit pas, parce que personne ne l'a établi : qu'un aliment riche en umami soit meilleur pour la santé, qu'il fasse maigrir, ou qu'il remplace quoi que ce soit dans un régime. La seule chose documentée est sensorielle, et elle suffit.

Tout ce qui précède tient en une règle de composition et trois exemples du répertoire.

La règle : un plat profond contient une source de glutamate libre et une source de nucléotides, cuites ensemble assez longtemps pour que les deux se mélangent dans le même liquide, et pas plus de trois sources en tout. Un plat végétal, qui n'a pas d'inosinate, se rattrape sur le guanylate des champignons séchés ou de la levure maltée, et c'est pour cela que les champignons sont la viande des cuisines végétariennes bien avant qu'on sache pourquoi.

Le pho vietnamien : des os de bœuf rôtis puis mijotés des heures (inosinate libéré du muscle, glutamate libéré par l'hydrolyse), du nuoc-mâm (glutamate), des oignons et du gingembre grillés (Maillard). Trois sources, dont une de chaque famille, et un bouillon clair qui a le goût d'une sauce.

La parmigiana d'aubergines : de la tomate cuite (glutamate), du parmesan (glutamate), et rien de la seconde famille. Elle est bonne parce que les aubergines frites apportent le gras et le Maillard, mais c'est un plat qu'un filet d'anchois dans la sauce ou une poignée de cèpes séchés transformerait, et plusieurs versions régionales le font.

La soupe à l'oignon : un fond de volaille ou de bœuf (inosinate), des oignons compotés une heure (Maillard, sucre), du gruyère gratiné (glutamate). Deux familles, une réaction de brunissement, pas de sel ajouté au-delà de celui du fromage. Elle est l'exemple parfait de la règle, et elle date de bien avant Ikeda.