RESUMO Modelos empíricos não lineares foram construídos para descrever a fermentação em batelada do soro de leite por Kluyveromyces cicerisporus em diferentes níveis de pH e temperatura. A metodologia de identificação dos modelos empíricos não lineares empregou procedimentos de validação tradicionais e a análise via simulação dinâmica. Os modelos neuronais foram capazes de descrever adequadamente cada uma das condições fermentativas, isto é, cada nível de pH e temperatura individualmente. Além disso, a construção de um modelo neuronal genérico permitiu a predição eficaz de toda a faixa operacional, qual seja, pH (4-7) e temperatura (25-40°C), fornecendo ainda uma indicação da condição de operação ótima. Por fim, foi construído um modelo fenomenológico eficaz na representação dos efeitos de temperatura e pH no processo fermentativo, que empregou o método da Máxima Verossimilhança (ANDERSON, A. & GRENS II, 1978; LAW & BAILEY, 1963; PINTO, 1989) para estimação dos parâmetros. Palavras - Chave: Modelo empírico. Redes neuronais. Bioconversão. Modelo fenomenológico.