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纤维素酶是可以将纤维素分解成寡糖或单糖的蛋白质。纤维素酶不是单体酶，而是具有协同作用的多组分酶系，是一种复合酶，主要由外切葡聚糖酶、内切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶等组成。
纤维素酶目前被广泛用于纺织、造纸、食品、饲料等行业，是工业酶中的重要类别。纤维素酶是继淀粉酶（约占25%）和蛋白酶（约占18%）后，全球市场第三大工业酶（约占15%）。纤维素生物质的酶促水解是一种具有潜力的糖的生成方法，产物可以作为多种增值产品（如生物乙醇、有机酸、抗生素和动物饲料）的原料。纤维素的酶促水解优于酸性和碱性水解，因为酶是可回收的，能量需求低且无 污染。细菌、真菌和放线菌都可以产生纤维素酶，生产成本和纤维素酶产量是该工艺经济性的主要制约因素。
纤维素酶生产技术纤维素酶生产需要有适当的生产方法和培养条件才能得到较高的酶产量。目前， 纤维素酶发酵方式主要有液体深层发酵（SmF）、固态发酵（SSF） 等。尽管使用固态发酵生产纤维素酶在工业化生产及成本控制上有优势，但由于生产规模、工艺参数控制等瓶颈制约，目前纤维素酶的商业化生产多在SmF条件下进行。
1 纤维素酶液体深层发酵
纤维素酶液体深层发酵是酶大规模生产中常用的技术，通常在具有可溶性底物的流动液体中进行发酵。丝状真菌如曲霉、青霉和木霉通常在固体培养基中产生大量的纤维素酶，但生产中控制过程参数、过程监测和下游处理等的简易性使液体发酵更为常用。在该技术中，pH、温度、底物浓度、诱导剂和培养基组成等各种因素显著影响纤维素酶的产生。其主要缺点是需要较长的发酵时间而产量较低。在微生物中，常使用细菌液体深层发酵生产纤维素酶，但是也可在液体深层发酵下培养一些真菌如曲霉、青霉、木霉等， 用于生产纤维素酶。
真菌的纤维素分解活性可以根据培养基以及培养条件而改变。为了提高生产效率，在液体深层发酵中使用各种合成或天然碳源。例如，Acharya等在28 ℃、pH4 ～ 4.5、120r/min和以蛋白胨作为氮源的条件下观察到黑曲霉纤维素酶的高活性。同样，Karthikeyan等研究了青霉菌生产纤维素酶。在添加果糖和硝酸铵、pH3.0和30℃条件下，表现出大的纤维素酶活性。在多种碳源和氮源条件下，黑曲霉生产纤维素酶的大产量是在补充1%羧甲基纤维素或锯末的察氏培养基、pH5的条件下获得。
2 纤维素酶固态发酵
纤维素酶固态发酵是酶在工业生产中的重要途径。固态发酵不仅有助于将农业废弃物生物转化为增值产品，而且能够以更少的能源消耗有效地回收利用木质纤维素材料。此前，固态发酵仅适用于食品领域产品的发酵，但进一步的研究表明这种技术具有在低成本条件下高 效产酶的优势。固态发酵较低的资本投资和运营成本使其利于纤维素酶生产商业化。由于固态发酵的离散性质，底物的物理化学特性如结晶度、床孔隙率和表面积会影响真菌培养物中纤维素分解酶系统的产生。在固态发酵中，温度、pH和含水量等条件是影响微生物生长和纤维素酶产生的关键因素。
农业废弃物如小麦和大米的麸皮，玉米、小麦和大米的秸秆，甘蔗渣，锯末等是生产纤维素酶常用的底物。例如，Liu等研究了针对不同的木质纤维素底物，如水稻、小麦、棉花或玉米秸秆、玉米芯，使用烟曲霉生产的纤维素酶进行预处理，以玉米芯为底物实现内切葡聚糖酶的大产量，刺糙青霉在含有预处理甘蔗渣和麦麸组合的培养基上显示出纤维素分解酶的大产量。Dutta等研究用小麦和大米的麸皮、稻草作为底物来生产桔青霉的纤维素酶，所有这些基质都支持纤维素酶的生产。黄曲霉BS1能够有效利用不同的木质纤维素底物。
3 两种发酵方法的比较
相比于液体深层发酵生产纤维素酶，固态发酵可以更有效地生产。固态发酵有三个优点：降低水和能源消耗；减少废物产出；可生产更高浓度的产品。此外，液体深层发酵过程中纤维素酶的产生受到分解代谢和终产物抑 制，而固态发酵系统可显著避免这些不利因素，因此更具有经济性。
在工业发酵过程中，微生物吸收营养物质生产纤维素酶。生产过程通常受两个主要因素影响，即生产位置和生产原料。传统的纤维素酶生产设施远离纤维素乙醇工厂，采用中 央工厂式统一集中生产，而且一般使用葡萄糖作为主要营养成分；而集成生产模式通过使用纤维素生物质代替葡萄糖以降低成本。纤维素酶生产的模式有以下三种。
① 异地生产模式。在这种方法中，纤维素酶在中 央工厂生产并运往纤维素乙醇生产现场。主要原料是葡萄糖、主要辅助原料是含有氮、磷和钾的混合物。玉米浆也可以作为蛋白质来源添加。发酵罐产物为含有纤维素酶和其他蛋白质的混合物。为了在运输期间保持纤维素酶的活性，需要将其纯化，之后通过物流将纤维素酶运输至乙醇生产工厂。
② 现场生产模式。纤维素酶的生产方法基本与非现场模式相同，只是纤维素酶工厂独立位于乙醇工厂附近。近距离运输减化了纯化步骤，可将蛋白质混合物直接进料至乙醇装置中。现场模式的纤维素酶生产规模需要匹配乙醇工厂的需求，因此纤维素酶的生产规模一般小于非现场模式。
③ 集成生产模式。将纤维素酶生产及乙醇生产整合。以纤维素替代葡萄糖作为纤维素酶生产的主要原料。该工艺能更好的优化菌株、底物和产物等生产环节，实现相互促进，提高 效率。
虽然诺维信公司仍致力于异地生产模式，但其他行业参与者， 如Dyadic、杜邦和帝斯曼公司已转向现场生产模式。现场生产模式可显著降低物流成本并简化供应链，可以生产具有针对性的酶组合物，来水解特定生物质原料，包括玉米秸秆、小麦秸秆、高粱、木浆和其他能源作物在内的各种原料及其组合，确保反应在佳条件下运行。
5 纤维素酶及纤维素乙醇生产成本
纤维素酶生产成本是影响纤维素乙醇生产成本的重要因素。纤维素酶生产商Dyadic、诺维信和杜邦等公司近年来通过不断研发纤维素酶生产技术，以降低纤维素酶成本在纤维素乙醇总成本中的占比。目前每加仑纤维素乙醇中纤维素酶的成本已从2010 年的近2美元降低至约0.30 美元（1加仑＝ 3.7854 升）。
纤维素酶生产模式变化同样影响纤维素乙醇生产成本。传统纤维素酶异地生产模式无法实现纤维素酶成本的实质性降低，纤维素乙醇生产商已采用自有技术或以技术许可方式现场生产纤维素酶。有数据显示纤维素酶成本分别占异地模式、现场模式及集成模式的28%、22%和10%。而将异地生产模式转变为现场生产模式或集成生产模式，则能够分别降低纤维素酶生产成本8%和20%，分别降低纤维素乙醇生产总成本7%和19%。因此实现纤维素酶的本地化生产是纤维素酶及纤维素乙醇成本实质性下降的关键所在。
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